弱磁场强化零价铁高效去除水中Cr(VI)/As(V)效能研究

摘要

随着工业化进程的提高，铬/砷污染成为越来越受人们关注的环境问题。一定浓度的Cr(VI)或 As(V)能导致人体急慢性中毒，其随意排放势必会威胁人类及动植物的健康安全。目前Cr(VI)、As(V)的去除技术有氧化还原法、混凝法、吸附法、离子交换法、电化学法等，均不同程度上存在处理量低、工艺操作复杂、易造成二次污染等问题。
　　本研究提出弱磁场强化零价铁除Cr(VI)/As(V)技术。研究了匀强磁场下弱磁场强化零价铁除Cr(VI)规律，确定其反应动力学参数；探究了在磁场条件下溶液中带电离子受力情况；考察了弱磁场中，共存阴离子对零价铁除砷去除速率的影响。为合理有效的进行除铬、砷工艺设计和控制提供相关依据。通过对弱磁场强化零价铁除Cr(VI)行为规律的研究表明，在无外加磁场时，零价铁除Cr(VI)的反应速率随铁投量的增加而增大。外加匀强磁场后，除Cr(VI)速率明显提高。在磁场强度2~3 mT时，速率达到最大0.159 mg·L-1·min-1，与无外加磁场条件下相比，可以提高3~4倍。磁场强度在5~10 mT范围内，反应速率先增快后减慢。反应速率越快，铁粉表面腐蚀程度越高，外加磁场能够加快零价铁的腐蚀，进而加速零价铁除 Cr(VI)反应。铁的腐蚀产物主要是磁铁矿和磁赤铁矿。在对不同强度磁场中零价铁产生感应磁场的三维数值模拟结果可知，感应磁场是不均匀磁场，最大磁场强度出现在零价铁内部和表面，约为外加磁场强度的2倍。感应磁场产生的磁场梯度力能够驱动顺磁性Fe2+离子向磁场强度大的方向移动。洛伦兹力对零价铁颗粒作用较小，磁场梯度力是加速零价铁腐蚀的主要作用力。弱磁场与共存阴离子耦合作用对零价铁除As(V)反应影响发现，在未加弱磁场的条件下，氯离子、硝酸根离子均能在一定程度上加速零价铁除砷体系的反应速率，促进程度随相应离子浓度的增大而增大。低浓度腐殖酸对体系影响较小，高浓度腐殖酸能增加零价铁除As(V)的去除率。三种离子促进程度为Cl>3NO?>HA。硅酸根离子和磷酸根离子能够抑制零价铁除砷反应，抑制作用随着相应离子浓度的增大而更加明显，磷酸根离子的抑制作用大于硅酸根离子。外加弱磁场能够削弱硅酸根离子和磷酸根离子的抑制作用，并且强化氯离子、硝酸根离子和腐殖酸的促进作用。

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第1章 绪论

1.1 铬污染现状及去除方法

1.2 砷污染现状及去除方法

1.3 零价铁除污染物技术研究现状

1.4 课题来源、研究目的及主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验仪器

2.3 实验方法

2.4 测试分析方法

2.5 本章小结

第3章 磁场强度对零价铁去除水中Cr(VI)的影响研究

3.1 引言

3.2 不同铁投量时弱磁场驱动零价铁除Cr(VI)的动力学影响

3.3 不同强度的弱磁场对零价铁除Cr(VI)动力学的影响

3.4 固相反应产物形貌分析

3.5 固相反应的成分分析

3.6 不同磁场强度三维数值模拟

3.7 本章小结

第4章 共存阴离子与弱磁场对零价铁除As(V)的耦合作用

4.1 引言

4.2 氯离子的影响

4.3 硝酸根离子的影响

4.4 硅酸根离子的影响

4.5 磷酸根离子的影响

4.6 腐殖酸的影响

4.7 共存离子模拟地下水的影响

4.8 固相反应产物成分表征

4.9 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢