论文部分内容阅读
地下水硝酸盐污染已成为普遍的全球性环境问题之一。硝酸盐氮对人体没有直接危害,但是其代谢产物亚硝酸盐以及与环境中含氮有机化合物作用生成的二次污染物,会对人体健康及生态环境造成巨大的潜在威胁。近年来纳米零价铁(NZVI)技术用于地下水硝酸盐污染修复受到了广泛关注,因该技术具有廉价、高效、无二次污染的特点被认为是还原硝酸盐氮最有发展前景的方法之一。但是由于NZVI具有高的表面能,表面易钝化,导致活性的降低,使其在应用上受到了限制。为了解决这个问题,将NZVI负载在载体表面是一种行之有效的方法。本研究采用液相还原法以氧化石墨烯为载体原位合成纳米铁(rGO-NZVI),通过探讨负载量(以rGO含量计)和还原剂NaBH4的浓度对rGO-NZVI的还原脱硝能力和抗氧化能力的影响,优化了制备条件,并对其采用透射电镜(TEM)、X射线能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)以及傅里叶红外光谱(FTIR)进行了表征分析。同时将rGO-NZVI应用于还原脱硝研究,对比了还原铁粉、单一纳米铁与rGO-NZVI还原硝酸盐氮的效果及产物组成,考察了各影响因素对rGO-NZVI脱硝的影响及反应动力学,并且对硝酸盐氮的脱硝过程以及反应机制进行了初探。最后用于去除模拟地下水环境下的硝酸盐氮,为地下水硝酸盐修复提供了一定的理论依据。制备条件优化实验结果表明,rGO含量为7.5%,NaBH4浓度为0.2 mol/L时,rGO-NZVI对硝酸盐氮表现出良好的去除效果,并且此时rGO-NZVI的抗氧化性最佳。表征结果表明,经负载后增大了 NZVI的分散性,NZVI在rGO上的负载是与rGO上含氧基团的结合实现的。相较于NZVI、还原铁粉,rGO-NZVI对硝酸盐氮表现出更高的还原活性,且氮气的生成率较NZVI有所增加。在投加量相同的情况下,考察了硝酸盐氮初始浓度、初始pH值、反应温度及共存离子对脱硝效果的影响。结果表明,硝酸盐氮的去除率随初始浓度的增大而降低;rGO-NZVI在初始pH为9时,仍能保持较高的反应活性,说明将NZVI负载在rGO上能有效地拓宽了 NZVI的pH适用范围,并且随着pH的增加,N2在产物中所占比例有所增大;rGO-NZVI的脱硝反应是一个吸热的过程;HCO3-、PO43-对硝酸盐氮的去除有很大影响,而Cl-和SO42-略有影响,SO42-影响程度大于Cl-。动力学研究表明,当rGO含量为7.5%时制备得到的rGO-NZVI还原硝酸盐氮的反应级数为1.85,表明该反应是一个由吸附/解吸、氧化还原反应组成的复杂过程。还原脱硝、NZVI氧化产生电子均发生在rGO-NZVI表面,反应产物以氨氮为主,并伴随着少量N2的产生,并且随着反应的进行溶液的pH值增大。通过模拟地下水条件,探讨了硝酸盐氮初始浓度和共存离子(Cl-和SO42-)对脱硝作用的影响。研究表明,硝酸盐初始浓度对硝酸盐氮去除率及反应速率影响较大,随着初始浓度的增大将废水处理至达标需要的时间增长;共存离子Cl-和SO42-的存在降低了反应速率,增长了到达浓度限值的时间。