纳米Fe/Ni双金属降解水中四环素及其在水中的物理化学转化研究

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纳米材料,特别是纳米零价铁(NZVI),由于它自身具备的高反应活性和强大的污染物降解能力等优点,使得NZVI被广泛研究并应用于污染水体的原位修复。然而NZVI在使用中易钝化,导致反应活性大幅降低,为解决此问题,本研究采用了纳米Fe/Ni双金属(Fe/Ni BNPs)体系,第二种金属Ni的加入使得反应活化能降低,产氢速率加快,从而加快了Fe/Ni BNPs和污染物的反应进程。本研究选取了四环素(TC)作为目标污染物,主要研究内容如下:1.Fe/Ni BNPs降解水中TC的研究。通过对比Fe/Ni BNPs和NZVI在相同条件下对TC的去除效果可知,Fe/Ni BNPs对TC的降解效果远好于NZVI。Fe/Ni BNPs对TC的降解效率随着溶液初始pH、初始TC浓度的升高而降低。四种阴离子(NO3-,H2PO4-,SO42-和HCO3-)在不同程度上抑制了Fe/Ni BNPs对TC的降解,其中NO3的抑制作用最强,而HCO3-的抑制作用最弱。通过产物分析可知,Fe/Ni BNPs对TC的去除过程包含吸附和降解两个方面,在TC降解过程中包含了氢化反应、脱水反应以及基团的断裂等。2.Fe/Ni BNPs模拟地下水环境长期老化过程中的物理化学转变以及对TC去除影响的研究。在短期老化(5 d)过程中,老化样品溶液中的pH、ORP以及溶解性铁离子的含量都是在反应前几个小时急剧上升,之后趋于稳定,并且溶液的颜色从黑色变为绿色,说明发生了腐蚀反应。在长期老化(长达90 d)过程中,场发射扫描电镜图(SEM)表明Fe/Ni BNPs的形态从圆球状转化为棒状、层状、片状和针状;X衍射图谱(XRD)说明Fe/Ni BNPs在老化60 d和90 d时,全部转化为磁铁矿或磁赤铁矿;能谱仪(EDS)的结果分析说明随着老化时间的延长,Fe/Ni质量比在增加,这可能是由于老化过程中纳米颗粒表面上的Ni逐渐被腐蚀过程中产生的铁氧化物所包覆。老化样品溶液中Ni含量的分析结果表明只有极其微量的Ni离子释放到水溶液中,证明了Fe/Ni BNPs的应用几乎不会对地下水环境造成二次污染,是一种安全高效的地下水原位修复材料。
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