粘土矿物强化零价铁去除废水中重金属污染物的作用研究

摘要

零价铁作为活性介质的可渗透反应墙（Fe0-PRB)，被认为是一种能替代传统抽取处理、最具发展潜力的原位修复地下水技术，但在修复过程中零价铁反应活性的降低和渗透能力的减弱，是影响Fe0-PRB使用寿命、制约其实际应用的最重要因素。本文选择两种重金属离子（阴离子SeO42-(Se(VI)和阳离子Pb2+）作目标污染物，用连续柱试验方法模拟Fe0-PRB技术，将对其具有较强吸附作用的荷正电性的改性膨润土—羟基铝柱撑膨润土（Al-bent）和三种荷负电性的天然粘土矿物（海泡石：Sepiolite，钙基膨润土：Ca-bent，高岭土：Kaoline）分别与铁粉、砂均匀混合，用作PRB中的混合活性材料，比较研究了各种粘土对Fe0-PRB去除重金属污染物的强化作用和地下水中常见共存组分（腐殖酸（HA）和四种阴离子（Cl-、NO3-、HCO3-和SO42-））对SeO42-去除作用的影响；结合同步辐射X-射线吸收精细结构X-ray Absorption FineStucture，XAFS)光谱技术和X-射线衍射仪(X-ray diffraction，XRD)等现代分析方法考察粘土在Fe0-PRB去除重金属污染物的协同作用机制。主要结果如下：
　　1.对SeO42-具有良好吸附作用的Al-bent与Fe0、砂混合得到的Fe0/Al-bent/砂反应体系对 SeO42-的还原去除能力明显高于Fe0/砂，也远高于Fe0/砂与Al-bent/砂体系对 SeO42-去除率的加和，显示Al-bent和Fe0之间存在明显的协同效应。其协同作用主要源于：Al-bent加入使SeO42-在Fe0表面得到富集，促进了两者之间的电子转移，从而增强了Fe0的还原能力;表面富含的Si-OH，Al-OH的Al-bent能够缓冲反应介质的pH，从而可减少铁表面的腐蚀产物；铁表面的腐蚀产物还能转移到Al-bent，从而延长铁的反应寿命。此外，XAFS测定结果表明Al-bent的加入能有效促进Fe0将Se(VI)还原成溶解性更低，毒性更小的Se(-II)或 Se(0)。
　　2.腐殖酸（HA）和常见的共存阴离子（Cl-、NO3-、HCO3-和SO42-）均能降低 Fe0/Al-bent/砂和Fe0/砂对Se(VI)的去除率，但由于Al-bent对这些共存物质较强的吸附作用，因而可明显弱化这种抑制效应。
　　3．将三种天然粘土矿物分别与Fe0、砂均匀混合，均能显著提高对合成废水中 Pb2+的去除能力，去除率与相应粘土吸附 Pb2+的能力成正相关，即：Sepiolite/Fe0/砂>Ca-bent/Fe0/砂>Kaoline/Fe0/砂>Fe0/砂。

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引言

1绪论

1.1水体中重金属污染概况及相关处理技术

1.2零价铁修复技术概况

1.3粘土矿物概况及其在水处理中的应用

1.4 PRB技术概况

1.5本课题工作的目的及意义

2实验部分

2.1实验所用仪器和试剂

2.2 实验材料的制备及处理

2.3粘土矿物强化Fe0去除废水中Se(VI), Pb2+的实验方法

2.4分析方法

2.5 本章小结

3柱撑膨润土强化零价铁去除Se(VI)及其抗干扰效应的作用研究

3.1不同PRB体系对Se(VI)的去除

3.2 Se(VI)还原产物的分析

3.3 Al-bent在Fe0-PRB中的抗干扰效应

3.4本章小结

4三种天然粘土矿物对模拟地下水中Pb2+的强化去除作用

4.1不同体系去除Pb2+的效果对比

4.2三种天然粘土矿物与Fe0之间协同作用的对比

4.3三种不同粘土矿物对Pb2+吸附能力的对比

4.4反应过程中pH变化

4.5反应过程中不同体系铁溶出量的变化

4.6固相产物分析

4.7本章小结

5结论

5.1总结

5.2本文创新点

参考文献

在校研究成果

致谢