膨润土负载硫化改性纳米零价铁的制备及其对水体中对硝基苯酚去除的研究

摘要

随着社会的快速发展，医药和化工产业的不断扩大，作为生产医药和精细化工产品的中间体-对硝基苯酚(PNP)的需求量越来越大，但是伴随而来的是大量含对硝基苯酚废水被排入生态环境中导致地表水以及地下水受到污染，生态环境遭到破坏。PNP用途非常广泛，来源极其丰富，但是由于其分子结构中的对位硝基和羟基可以与苯环发生共轭作用从而导致其难以被生物降解，而且其部分降解之后产生的亚硝基和苯胺也是具有很强毒性的致癌物质。另外气态PNP可经呼吸系统和皮肤吸收，导致血液送氧能力下降而出现头晕、炫目、皮肤发紫等症状，当其浓度较高时则会导致动物或人体呼吸受阻、血压降低、脉搏减弱，严重情况下会直接导致死亡。所以探索安全、高效、稳定的去除PNP的方法将具有重大的意义。纳米零价铁(nZVI)作为一种绿色、高效的清洁材料已经越来越多的被用来去除环境中的污染物如重金属、卤代有机物、芳香族有机物等，但是由于其易团聚、易流失、易氧化以及作用pH范围较窄等局限性而大大阻碍了其进一步投入到实际运用之中。对nZVI硫化改性不仅可以进一步提高其反应活性也可以减缓其氧化作用。膨润土由于其金属离子的存在而使其具有有较强离子交换作用，是一种具有较大比表面积大、良好分散性等优点的非金属矿物，我国膨润土储量丰富，开发利用历史悠久。将nZVI负载到膨润土上可以提其高稳定性，增加nZVI颗粒的分散性从而减弱其团聚效应，这可以大大提高nZVI实际应用的价值。
　　目前去除PNP的常用方法主要有物理法、生物法以及化学法。物理法主要包括:吸附法和萃取法，生物法主要有:生物膜法和活性污泥法，化学法作为最常见的去除对硝基苯酚的方法主要包括:电化学氧化、高级氧化以及催化加氢法。每种方法都有各自的优缺点要因地制宜的选用合适的方法才能达到高效、实用的效果。
　　本文主要研究内容包括:制备膨润土负载硫化纳米零价铁(S-nZVI)并研究不同的硫铁摩尔比以及膨润土与nZVI的质量比对该复合材料去除PNP速率的影响，通过比表面积测定(BET)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及透射电镜(TEM)等表征手段分析该复合材料的特性。另外研究了不同条件下如:不同投加量、不同初始溶液pH、硫酸钠电解质以及异丙醇对该复合材料对去除PNP的影响，并且通过全波长扫描、能量色散X射线能谱(EDS)以及气质联用(GC-MS)等初步探讨其去除机理。主要结论如下:
　　(1)在S/Fe摩尔比为0.0112、膨润土与纳米零价铁质量比为1∶1时该材料有最强的反应活性。
　　(2)膨润土负载S-nZVI去除PNP的速度随着pH的上升而逐渐降低。
　　(3)硫酸钠电解质可以促进膨润土负载S-nZVI去除PNP。
　　(4)在膨润土负载S-nZVI去除PNP的过程中有羟基自由基的产生并且参与到了反应。
　　(5)膨润土负载S-nZVI可以将PNP还原为对氨基苯酚并且还可以将一部分对氨基苯酚氧化成对苯醌，另外一部分对氨基苯酚也会转化为对亚胺醌。
　　(6)该复合材料对PNP有一定的吸附作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2．1 PNP的性质

1．2．2 PNP的来源及其危害

1．2．3 PNP的去除方法

1．3 纳米零价铁及其应用

1．3．1 纳米零价铁概述

1．3．2 纳米零价铁的制备

1．3．3 纳米零价铁去除污染物反应机理

1．3．4 提高纳米零价铁稳定性的方法

1．4 膨润土的性质

1．5 论文的研究目的和研究内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第二章 实验材料与分析方法

2．1．2 实验仪器

2．2 实验设计

2．2．1 膨润土负载S-nZVI的制备

2．2．2 PNP的测定

2．2．3 批次实验

2．3 实验分析方法

2．3．1 比表面积测定

2．3．4 透射电镜(TEM)分析

第三章 膨润土负载S-nZVI去除PNP的研究

3．1 负载型的复合材料表征结果

3．1．1 比表面积测定结果

3．1．2 XPS测定结果

3．1．3 扫描电镜与透射电镜测定结果

3．2 不同的S／Fe摩尔比对去除PNP的影响

3．3 负载率对去除对PNP的影响

3．4 不同投加量对去除PNP的影响

3．5 不同初始pH对去除PNP的影响

3．6 硫酸钠电解质对去除PNP的影响

3．7 异丙醇对去除PNP的影响

3．8 动力学分析

3．9 本章小结

第四章 膨润土负载的硫化改性纳米零价铁去除对硝基苯酚的机理探究

4．1 UV-Vis全波长扫描分析

4．2 气质联用(GC-MS)分析结果

4．3 EDS分析结果

4．4 膨润土负载S-nZVI去除PNP的机理推断

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术成果