零价铁还原与化学氧化剂氧化联合降解土壤中硝基氯苯的研究

摘要

以南京化工公司搬迁后污染土壤中的硝基氯苯为研究对象，我们比较研究了化学氧化剂直接氧化与零价铁还原再氧化两种降解方法对硝基氯苯的去除率，以及影响硝基氯苯去除率的因素，如水土比，pH值，温度，氧化剂剂量等;并对零价铁还原再氧化的机理进行了探讨。本论文的研究为硝基氯苯污染土壤的修复提供理论参考。
　　本论文分为三部分:
　　第一部分:比较化学氧化剂直接氧化以及零价铁还原再氧化两种方法对土壤中硝基氯苯的去除率。结果表明，四种氧化剂剂量在2.0 mmol·g-1时对硝基氯苯直接氧化的去除率大小顺序为高锰酸钾＞芬顿试剂＞过硫酸钠＞30％过氧化氢，而硝基氯苯经零价铁还原再氧化处理后的去除率大小顺序为高锰酸钾＞芬顿试剂＞30％过氧化氢＞过硫酸钠。在氧化过程中，芬顿试剂和30％过氧化氢的反应温度有着显著的升高，从25℃升至35℃以上;而高锰酸钾和过硫酸钠的反应温度变化较小。在硝基氯苯的3种异构体中，邻位和对位硝基氯苯的去除率要高于间位硝基氯苯。
　　第二部分:研究了初始pH值，零价铁用量，温度以及水土比等因素在过硫酸盐-零价铁体系中对邻硝基氯苯降解的影响。结果表明，当加入铁粉的剂量从0.1 mmol·g-1增加至1.0 mmol·g-1时，邻硝基氯苯的去除率得到显著提高，从15.1％提高至97.3％。邻硝基氯苯的去除率随着溶液pH的降低而逐渐增大，在零价铁与过硫酸盐联合处理体系中，当溶液初始pH值为6.8时，邻硝基氯苯的去除率为90.3％。温度和水土比对邻硝基氯苯的去除率也有很大影响，当温度从15℃增加至35℃，邻硝基氯苯的去除率从83.9％增加至96.2％;当水土比从0.25 mL·g-1增加至1.0 mL·g-1时，邻硝基氯苯的去除率从41.5％增加至82.4％。与单独的过硫酸盐氧化体系相比，零价铁与过硫酸盐氧化联合体系显示了对邻硝基氯苯更有效的去除能力。邻硝基氯苯的去除率从68.1％提高至90.3％。
　　第三部分:通过扫描电镜来观察零价铁表面形貌在反应前后所发生的变化，并利用电子顺磁共振波谱仪(EPR)来鉴别在恒温条件下不同pH溶液中产生的自由基种类以及气相色谱质谱联用仪和液相色谱质谱联用仪对降解过程中的中间产物进行了鉴定，探讨了反应的机理。实验结果表明在酸性条件下硫酸根自由基占主导地位，而羟基自由基在碱性条件下占主导地位。对硝基氯苯(p-NCB)在常温条件下不能被单独过硫酸盐或单独零价铁有效降解。但是，当零价铁和过硫酸盐共存时，产生的羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO4-·)是对有机污染物有更高效的氧化能力，从而能大大提高对硝基氯苯的降解率。零价铁剂量的增加可以增加过硫酸盐活化产生的硫酸根自由基，从而增加对对硝基氯苯(p-NCB)的降解。对硝基氯苯(p-NCB)降解的适宜pH值为3.0。通过气相色谱质谱联用仪、液相色谱质谱联用仪的分析结果明确在对硝基氯苯(p-NCB)的降解过程中主要生成了四种中间产物，分别为对氯苯胺、1，4-苯醌、1-（4-氯苯基）-3-苯基脲和5-氯-2-（（4-氯苯基）二氮烯基）苯酚。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 土壤中硝基氯苯的污染现状

1．1．1 硝基氯苯

1．1．2 硝基氯苯的来源及危害

1．1．3 硝基氯苯的污染现状

1．2 硝基氯苯污染土壤修复技术研究进展

1．2．1 生物修复技术

1．2．2 物理修复技术

1．2．3 化学／物化修复技术

1．2．4 联合修复技术

1．3 环境因素对化学氧化修复土壤中硝基氯苯的影响

1．4 选题意义和研究内容

1．4．1 选题意义

1．4．2 研究目标

1．4．3 主要研究内容

1．4．4 技术路线

参考文献

第二章 不同氧化剂对污染土壤中硝基氯苯降解效果的比较

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 土样采集

2．2．2 实验方法

2．2．3 硝基氯苯的提取和测定方法

2．2．4 气相色谱条件

2．3 结果与分析

2．3．1 不同化学氧化剂直接氧化对土壤中硝基氯苯的去除率

2．3．2 零价铁还原与化学氧化剂联合对土壤中硝基氯苯的去除

2．3．3 化学氧化过程中土壤温度的变化

2．3 小结

参考文献

第三章 零价铁还原和过硫酸钠氧化联合强化降解土壤中的邻硝基氯苯(o-NCB)

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 材料与化学试剂

3．2．2 实验方法

3．2．3 分析方法

3．3 结果和讨论

3．3．1 水土比对邻硝基氯苯降解的影响

3．3．2 初始pH值的影响

3．3．3 铁粉剂量的影响

3．3．4 温度对邻硝基氯苯降解的影响

3．3．5 o-NCB直接氧化与间接氧化的比较

3．4 结论

参考文献

第四章 零价铁还原和过硫酸盐氧化联合强化降解土壤中对硝基氯苯(p-NCB)机理的研究

4．1 引言

4．2 材料和方法

4．2．1 材料与化学试剂

4．2．2 实验方法

4．2．3 分析方法

4．3 结果和讨论

4．3．1 不同体系中p-NCB的降解

4．3．2 零价铁表面形貌的电镜扫描

4．3．3 EPR对自由基鉴别的研究

4．3．4 反应中间产物的鉴定及降解路径的推测

4．4 结论

参考文献

附录

全文结论

创新之处

致谢

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