纳米零价铁在重金属污水高标准排放的应用

通过对某涉重工业园区污水处理厂重金属污水处理工艺的选择、试验验证及工程应用的论述,介绍纳米零价铁在重金属污水高标准排放的适用性及可行性,为类似污水处理厂的工艺选择、工程设计提供参考。     

零价纳米铁批处理水中Cr(Ⅵ)的研究

[目的]研究纳米零价铁(NZⅥ)对水中Cr(Ⅵ)的脱除效果及影响Cr(Ⅵ)脱除的主要因素.[方法]以Cr(Ⅵ)为研究对象,采用NaBH<,4>液相还原Fe<'3+>制备纳米级零价铁(NZVI),分析了0.01、0.03、0.04、0.05、0.07 g的NZVI对初始浓度为10.0、20.0、30.0、50.0、70.0 mg/L,温度分别为15、20、25、30、40℃,pH分别为3、5、7、8、9条件下的Cr(Ⅵ)去除率的影响.[结果]纳米零价铁可在极低投加量下有效去除溶液中Cr(Ⅵ),在25℃、pH为5、常压、恒温振荡器转速200 r/min、NZVI加入量0.05 g/100 ml的条件下,水体中20 mg/LCr(Ⅵ)的去除率大于90%.[结论]纳米零价铁能快速去除水体中Cr(Ⅵ),溶液pH,Cr(Ⅵ)初始浓度,温度,投加量等是影响Cr(Ⅵ)脱除的主要因素.     

糯米粉包覆纳米零价铁去除溶液中U(Ⅵ)的试验研究

研究了以糯米粉为载体、采用液相还原法制备包覆型复合材料糯米粉-纳米零价铁(nZVI),并用于去除溶液中以UO_2~(2+)形式存在的U(Ⅵ)。采用扫描电镜(SEM)表征材料的微结构,并考察溶液pH、糯米粉-nZVI用量、温度、反应时间及U(Ⅵ)初始质量浓度等因素对铀去除效果的影响。结果表明:在溶液U(Ⅵ)初始质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度30℃、材料投加量0.4g/L、反应120min条件下,U(Ⅵ)去除率达96.4%,吸附量为18.73mg/g;U(Ⅵ)初始浓度越高,U(Ⅵ)去除效果越好,糯米粉-nZVI可用于从溶液中吸附去除U(Ⅵ)。     

大蒜渣负载型纳米零价铁处理含Cu(II)废水研究

利用大蒜渣负载型纳米零价铁对脱除水中Cu~(2+)的反应行为和效果进行了探索,并对其脱除机理做了探讨。试验发现,在初始Cu~(2+)浓度20mg/L、pH=4,固液比为25mg/15mL的条件下,用负载纳米零价铁的大蒜皮对废水进行吸附,废水中Cu~(2+)的去除效率最高可达94.15%。     

冬凌草负载纳米零价铁吸附废水中的Pb2+

针对冶金行业产生的含铅废水导致的环境污染问题,以太行山脉盛产的野生冬凌草为载体,采用液相化学还原法制备了冬凌草负载纳米零价铁（RR-nZVI）,并用于去除水中的Pb2+,详细考察了酸度、温度、RR-nZVI投加量、Pb2+初始浓度和反应时间对Pb2+去除率的影响。通过FTIR、XRD、SEM等手段对RR-nZVI去除Pb2+的机理进行分析。结果表明,RR-nZVI投加量0.6 g/L、pH=5.0、Pb2+初始浓度200 mg/L、室温下反应60 min时,Pb2+的去除率达到了99.9%,吸附量达到394.7 mg/g。动力学试验表明,RR-nZVI对溶液中Pb2+的吸附符合Lagergren准二级动力学模型,吸附过程主要受化学吸附控制。Langmuir模型能较好地描述RR-nZVI对Pb2+的吸附过程,吸附以单层吸附为主。当Pb2+的初始浓度小于10 mg/L时,滤液中的Fe2+浓度低于国家《铅、锌工业污染物排放标准（GB 25466—2010）》中规定的限量要求,不会对环境造成二次污染,为含Pb2+废水的处理提供了一种有效的可供选择的材料。     

用负载纳米零价铁的改性沸石从溶液中去除U(Ⅵ)试验研究

研究了用液相还原法制备纳米零价铁,并将其负载于改性沸石表面制备出负载纳米零价铁的改性沸石复合材料(Z-nZVI),用于去除溶液中的U(Ⅵ)。借助X射线衍射法(XRD)对复合材料进行表征,考察了溶液pH、温度、吸附时间对复合材料吸附去除U(Ⅵ)的影响,分析了复合材料吸附U(Ⅵ)的动力学。结果表明:负载纳米零价铁的改性沸石对U(Ⅵ)有很好的去除效果;在溶液pH=4、温度30℃、接触时间60min条件下,U(Ⅵ)去除率和最大吸附量分别为96.72%和48.55mg/g;该复合材料对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型。     

纳米零价铁对溶液中铅镉铬砷的去除性能研究

通过液相还原法,采用KBH4还原Fe2+成功制备了平均粒径40~80nm、比表面积19.713 4m2/g、有较好表面活性的纳米零价铁(NZVI),NZVI在含铅、砷、铬、镉初始浓度为100mg/L的pH分别为2、7、12的溶液中进行去除试验。结果表明,在pH=2与pH=7的条件下NZVI对铅、砷、铬的去除效果较好,去除速率在前30min较快;在pH=12条件下对镉的去除效果明显,去除速率在前40min较快;不同pH条件下各离子的去除率差异较大,这主要与各离子在不同pH条件下的存在形态有关。NVZI去除溶液中的铅、砷、铬、镉,不仅效率高,而且绿色环保,不会对环境造成二次污染。     

用零价铁从含铀溶液中去除铀的试验研究

研究了用零价铁从模拟含铀溶液中去除铀,考察了几种因素对除铀的影响,探讨了除铀反应机制。试验结果表明:用零价铁去除溶液中的铀在技术上是可行的,在零价铁足够多且维持适宜还原性条件下,大部分UO2+2在零价铁表面还原沉淀为难以再溶解迁移的UO2,少量UO2+2吸附或共沉淀到零价铁溶蚀产物上;零价铁粒径为0.28~2.5mm、溶液pH3条件下,铀的还原沉淀容易发生。     

活性炭负载纳米零价铁去除矿山废水中的Cu2+

将纳米零价铁颗粒负载到颗粒活性炭上,能有效地解决纳米零价铁易氧化易团聚的问题,而且还能增大其比表面积和稳定性.采用SEM、比表面积与孔径分析和XPS对材料进行表征.纳米零价铁填充于活性炭的孔隙中,其粒径在50~100 nm之间.使用该材料对50 mg/L 的Cu2+溶液进行去除试验研究,在铁含量为10.99%,投加量为15 mg/L,反应pH=5,反应时间为24 h时,对Cu2+的去除率达到85.06%.实验室的初步试验结果表明该材料对水相中的Cu2+具有较好的去除效果.     

玉米淀粉负载型纳米零价铁去除溶液中U（Ⅵ）研究

通过液相还原法制备玉米淀粉负载型纳米零价铁(CS-NZVI),利用SEM和XRD对材料进行了表征,并且探究了不同溶液pH、U(Ⅵ)初始浓度、CS-NZVI浓度、温度、反应时间对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,CS-NZVI整体分散性较好,相较于NZVI团聚情况明显改善。在溶液pH=6.0、U(Ⅵ)初始浓度10.0mg/L、CS-NZVI浓度0.4g/L、温度30℃、反应时间140min时,CS-NZVI材料对溶液中U(Ⅵ)的去除率为95.05%,去除量为24.86mg/g。     

玉米淀粉负载型纳米零价铁去除溶液中U(VI)研究

通过液相还原法制备玉米淀粉负载型纳米零价铁(CS-NZVI),利用SEM和XRD对材料进行了表征,并且探究了不同溶液pH、U(Ⅵ)初始浓度、CS-NZVI浓度、温度、反应时间对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,CS-NZVI整体分散性较好,相较于NZVI团聚情况明显改善。在溶液pH=6.0、U(Ⅵ)初始浓度10.0 mg/L、CS-NZVI浓度0.4 g/L、温度30 ℃、反应时间140 min时,CS-NZVI材料对溶液中U(Ⅵ)的去除率为95.05%,去除量为24.86 mg/g。     

纳米零价铁的制备及其从废水中吸附Cr(Ⅵ)的机制研究

研究了以绿色廉价的保险粉(H₂Na₂S₂O₄)为还原剂、FeSO₄为铁源,制备纳米零价铁(nZVI)并用于吸附废水中Cr(Ⅵ),考察了nZVI投加量、初始Cr(Ⅵ)质量浓度、模拟废水初始pH、反应时间和反应温度对Cr(Ⅵ)去除率的影响,并通过XRD、SEM对nZVI进行表征,结合吸附动力学、吸附等温线和颗粒内扩散模型试验探究去除机制。结果表明：所制得nZVI物相主要为α-Fe;在初始Cr(Ⅵ)质量浓度20 mg/L、nZVI投加量300 mg、吸附时间15 min、不调节pH条件下,用nZVI吸附1 L含Cr(Ⅵ)模拟废水,Cr(Ⅵ)吸附量为98.52 mg/g,去除率可达99.8%;吸附效果良好,且Cr(Ⅵ)的去除速率随温度升高而加快;nZVI对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型。     

用改性纳米零价铁去除废水中U(Ⅵ)的性能及机制

为了绿色高效处理含铀废水,研究了用液相还原法制备多硫化钙改性纳米零价铁(CPS@nZVI)材料并用于去除溶液中U(Ⅵ),考察了CPS@nZVI对溶液中U(Ⅵ)的去除效果。并通过SEM-EDS、XPS和XRD对材料的形貌和表面物质组成进行表征。结果表明：在溶液pH=3.5、U(Ⅵ)初始质量浓度10.0 mg/L、固液质量体积比0.5 g/1 L、反应温度25℃、反应时间120 min条件下,CPS@nZVI材料对溶液中U(Ⅵ)去除率为98.13%,去除量为19.53 mg/g; SEM-EDS、XPS、XRD表征结果表明,样品主要由Fe⁰、FeS组成;反应过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,该吸附过程受化学吸附控制,为单分子层吸附;还原过程符合伪一级还原动力学,溶液中的U(Ⅵ)以吸附和还原沉淀2种方式去除。     

沸石负载纳米氧化铁处理氮磷污水研究

采用共沉淀法制备了沸石负载纳米氧化铁复合材料(沸石@Fe_3O_4),并采用静态吸附试验探究了pH、吸附动力学、等温吸附模型及热力学等对沸石@Fe_3O_4吸附模拟氨氮废水溶液的影响。试验表明,当溶液pH为6时,沸石@Fe_3O_4对水中氨氮的吸附能力达到最高值,随溶液中pH的升高,沸石@Fe_3O_4对水中磷的吸附能力逐渐降低。可采用准二级动力学模型描述沸石@Fe_3O_4对水中氨氮和磷的吸附动力学过程。Langmuir吸附等温线模型的线性拟合结果表明,氨氮和磷最大理论单位吸附量分别为7.92和9.09mg/g。     

纳米零价镍去除溶液中U(VI)的研究

采用液相还原法制备纳米零价镍,并用来去除溶液中的U(VI)。通过SEM、EDS技术表征反应前后材料的形貌,从微观角度分析纳米零价镍去除溶液中U(VI)的机理,并进行了热力学分析。结果表明,纳米零价镍对溶液中U(VI)有良好的去除效果,在室温下,pH=4.0、接触时间60min、固液比0.3g/L和初始浓度50mg/L时,U(VI)的去除率和去除量分别达到了98.44%和182.372mg/g。新制备的纳米零价镍呈明显的球状,颗粒较为分散且粒径较均匀,反应后,材料表面形貌发生变化,呈不规则碎片堆积、粒径变大,且材料中出现了铀元素。热力学研究结果表明,该反应是自发吸热反应,同时也是不可逆的熵增反应。     

碳纤维负载零价铁的制备及其去除水溶液中的六价铬

以碳纤维作为载体,采用电沉积法制备碳纤维负载零价铁(PCF^-ZVI),利用扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪对其进行了表征,并考察了其对水溶液中Cr(VI)的去除效果.实验结果表明:碳纤维负载零价铁对水溶液中的Cr(VI)具有很好的去除效果.当铁碳质量比为2∶1,投加量(以Fe⁰计)为2 g·L^-1,Cr(VI)初始质量浓度为20 mg·L^-1,pH值为5,反应时间40min后,Cr(VI)的去除率可达99.96%,碳纤维上负载的零价铁对Cr(VI)的还原过程为准一级动力学,并且还原速率与反应温度的关系符合Arrhenius定律,反应活化能为20.683 k J·mol^-1.     

酸性重金属废水的联合处理试验研究

采用硫化沉淀法将酸性重金属废水中的铜进行沉淀回收,处理后废水用氧化钙中和后产生的中和渣和中和液进入选矿系统。试验结果表明:采用硫化沉淀法可以回收高品位的铜,回收率较高;与自来水进行选矿试验相比,中和处理产生的中和渣和中和液进入选矿流程同样可获得良好的选矿指标,二者基本相同。该工艺可利用现有的选矿设备实现酸性重金属废水的资源化治理。     

钢渣负载纳米零价铁-羟基磷灰石(S-FH)的制备及其对锰的吸附性能

通过液相还原法制备钢渣负载纳米零价铁-羟基磷灰石（S-FH）。分析Fe0-HAP被负载前后的微观形貌,研究了pH、S-FH投加量、反应时间和锰的初始浓度对S-FH吸附锰的影响,并借助吸附动力学模型和吸附等温模型对吸附机理作进一步分析。结果表明,在锰溶液初始浓度5 mg/L、pH=5,S-FH用量0.1 g和反应时间300 min条件下,吸附效果最佳。S-FH对锰的吸附过程更符合Freundlich吸附等温线模型（R2>0.98）和准二级动力学模型（R2>0.99）。吸附机理为离子交换、表面络合和溶解-沉淀。     

沸石矿物处理污水中重金属离子的实验

沸石是一种多孔的含水架状硅酸盐类矿物,经物理法活化和化学法改型后制成离子交换剂(吸附剂),可增强沸石矿物的吸附和离子交能力,对处理污水中重金属离子有一定的效果。本文通过试验证实了铵型和钠型沸石对Zn~(2+)、Cu~(2+)的交换容量较好,且交换剂制造工艺成本低、设备简单、操作方便。