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凹土多巴胺零价铁复合材料的制备与性能研究

2020-12-20 11:10编辑: www.51jrft.com51今日论文网
随着经济的发展,大量的污染物质进入水体造成了严重的污染。各种含有有机物的污染在水体中难以去除,例如硝基苯是高毒性物质,其毒性一般为其它化合物的20—30倍,且具有弱致突变性。长期接触,对人体及动植物危害极大。硝基苯在水中具有极高的稳定性,由于其密度大于水,进入水体后会沉入水底,长时间保持不变。采用液相还原法制备多巴胺改性凹土负载零价铁用于降解水体中的硝基苯,通过SEM的表征手段,对其微观结构进行表征,进行其对阿莫西林的降解实验。关键词 凹土,多巴胺,零价铁,硝基苯 目录
1 绪论 1
1.1硝基苯水污染及危害 1
1.2本论文选题依据与意义 1
2实验部分 5
2.1 材料制备原理 5
2.2硝基苯的降解性能实验 7
2.3材料的表征方法 12
3结果与讨论 12
3.1材料的表征 12
3.2凹土/零价铁复合材料与凹土/多巴胺/零价铁复合材料对硝基苯的吸附 13
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 绪论
硝基苯是应用广泛的化工基础原料,主要用于染料,医药,农药及炸药等行业,这些行业的生产废水中含有大量硝基苯、苯胺等有机污染物。硝基苯是高毒性物质,其毒性一般为其它化合物的20—30倍,且具有弱致突变性。长期接触,对人体及动植物危害极大。硝基苯在水中具有极高的稳定性,由于其密度大于水,进入水体后会沉入水底,长时间保持不变。又由于其在水中有一定的溶解度,所以造成的水体污染会持续相当长的时间。硝基苯类化合物化学性能稳定,苯环较难开环降解,常规的废水处理方法很难使之净化。因此,研究硝基苯类污染物的治理方法和技术十分必要。
1.1 硝基苯水污染及危害
近年来国内外对硝基苯废水的研究多以活性炭吸附、芬顿氧化、铁碳微电解等物化工艺为主[1]。赵谦等[2]对活性炭纤维进行了改性处理,使其表面增加了某些化学官能团从而增加了ACF对硝基苯的选择性吸附,并且再生产工艺简单,可以重复使用多次。但是活性炭吸附只是将有机物从液相转移到固相,并没有完全消除有机污染物, 在处理效率、去除效果、造成二次污染等方面都存在一定的问题。Fenton试剂( *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072
危害
近年来国内外对硝基苯废水的研究多以活性炭吸附、芬顿氧化、铁碳微电解等物化工艺为主[1]。赵谦等[2]对活性炭纤维进行了改性处理,使其表面增加了某些化学官能团从而增加了ACF对硝基苯的选择性吸附,并且再生产工艺简单,可以重复使用多次。但是活性炭吸附只是将有机物从液相转移到固相,并没有完全消除有机污染物, 在处理效率、去除效果、造成二次污染等方面都存在一定的问题。Fenton试剂(H2O2/Fe2+)在废水处理领域中的应用始于60年代,因其具有很强的氧化能力,可以使很多难氧化有机污染物质被降解后除去。但是由于过氧化氢的价格过高,致使芬顿试剂对工业废水的一步处理法难以推广。
目前对于难降解有机污染物的处理方法主要有物化处理法和生物处理法,其中物化法由于投资大、占地广、需要特殊设备又矿化不完全、易产生二次污染等缺点而逐渐不受欢迎。虽然硝基苯类化合物被认为是生物难以降解的物质,但由于生物处理技术比物化处理技术成本低得多,操作管理方便,无二次污染等优点,且微生物又具有较强的可变异性及适应性,仍为国内外研究人员所采用,并取得了大量的成果,同时硝基苯的生物降解亦是自然界消除硝基苯的最终机制因此倍受青睐。
1.2 本论文选题依据与意义
虽然凹土本身具有吸附性,但是凹土负载零价铁对污染物的去除反应主要还是发生在零价铁表面的氧化还原反应,其表面的反应点位对反应速率有直接影响,改变纳米铁的投加量相当于改变它的表面积浓度。然而,正常情况下,一定量的凹土固载零价铁的量是有限的,因此,我们尝试采用多巴胺改性凹土,以期凹土表面活化能够负载更多的零价铁。从而,提高单位质量的凹土材料对相关污染元素的去除率,即提高凹土的高附加值利用。
1.2.1 凹土的性质及应用
凹土的基本结构使其形成一种天然的一维棒状纳米材料,因而表现出各种优异的物理化学性质,如吸附性、流变性等,可以广泛应用于各个工业领域。若对其进行有机表面改性,则无疑能改善其在高聚物中的相容性和填充效果。凹土作为非金属材料固载零价铁还有着些许不足的地方,有着研究的空间,因此本研究引进多巴胺对凹土进行改性并研究其改性后固载零价铁的效果。
凹凸棒石黏土(Attapulgite Clay),简称凹土,是以凹凸棒石矿物为特征组分的黏土。凹凸棒石又名坡缕石,是一种层链状含水富镁铝硅酸盐矿物,属于2:1型层状矿物。在矿物学上属于海泡石族。除含凹土外,凹土常含有蒙脱石、高岭石、水云母、海泡石、石英、蛋白石及碳酸盐等矿物[3]。我国凹土矿资源储量完全能满足近期工业生产的需求,并且与世界其他各国相比具有较明显的优势。凹土特殊的晶体结构和化学组成赋予其独特的理化性质,如吸水性强,湿时有黏性和可塑性,干燥后收缩小,不太显裂纹,水浸泡崩散,悬浮液遇电解质不絮凝沉淀等[4],使其具有许多特殊的物化及工艺性能,在化工、石油、环保、冶金、能源等诸多领域得到广泛应用[5-6]。
凹土的吸附性取决于它较大的表面积和表面物理化学结构及离子状态,其吸附作用包括物理吸附及化学吸附,且具有较强的吸附脱色能力和良好的吸附容量,在废水处理和废气处理中具有很大的应用潜力。物理吸附的实质是通过范德华力将吸附质分子吸附在凹土的内外表面。表面积和孔结构是其物理吸附作用的重要指标。晶体结构内部沸石通道的存在赋予了凹土巨大的内比表面积,同时由于单个晶体呈现细小的棒状、针状和纤维状及较高的表面电荷,在分散时棒状纤维并不保持原先的方位,呈现毡状物无规则的沉淀。干燥后,它们密集在一起形成大小不均一的次生孔隙。这一特征使得凹土的比表面积很高。此外,晶体内部沸石孔道尺寸大小一致,使其具有分子筛的作用。凹土的化学吸附作用是其吸附作用的重要体现,其吸附是基于凹土的表面可能存在的几种吸附中心[7]。
俞树荣等[8]将γ-Al2O3、凹土和淀粉按一定比例混匀,加入适量的水,沉淀一天后用造粒装置挤压成片状,在空气中自然干燥,自然干燥的粒状吸附剂经105 ℃烘箱烘干,以3 ℃/min 的速度分别升温到一定温度并焙烧2 h,自然降至室温,制得γ-Al2O3/ATTP复合吸附剂。结果表明:这种复合吸附剂具有较强的吸附性能,散失率低,且在碱性条件下能很好的吸附水中亚甲基蓝。
1.2.2 零价铁的介绍及应用
有人采用液相还原法制备凹土负载零价铁,研究表明Cr(VI)溶液初始浓度、pH,凹土负载零价铁投加量及反应时间等条件对Cr(VI)的去除效果有着明显影响,Cr(VI)的去除率随反应时间和凹土负载零价铁投加量增加而升高,而随pH和Cr(VI)溶液初始浓度升高而降低;凹土负载零价铁对Cr(VI)的还原去除基本符合伪一级反应动力学模型。凹土负载零价纳米铁Cr(VI)的良好去除效果表明其在地表水原位修复领域具有较好的应用前景。所以,我们尝试采用凹土固载零价铁去除硝基苯。
零价铁由于具有低毒、廉价、易操作而且对环境不会产生二次污染等优点,使其在水污染治理中的应用越来越受到重视。零价铁能够还原去除多种有毒有害污染物,被认为是最有应用前景的污染物治理技术之一。零价铁化学性质活泼,电负性很大,具有较强的还原能力,可将金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来并沉积在铁表面,还可以将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原。自从20世纪80年代末有人报道零价铁可以还原去除水溶液中的氯代有机物以来,
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