纳米零价铁对臭氧氧化副产物溴酸盐的去除研究

论文摘要

随着饮用水水源污染加剧和水质标准的提高,作为饮用水深度处理技术之一的臭氧氧化工艺得到了越来越广泛的应用。虽然臭氧工艺为受污染原水的饮用水深度处理技术提供了有效途径,但也带来了副产物的问题：若水源中含有溴离子,则经臭氧氧化后会产生溴酸盐。溴酸盐已经被国际癌症研究机构定为2B级（较高致癌可能性）潜在致癌物,我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定溴酸盐限值为10μg／L,因此开展对饮用水中因臭氧深度处理而产生的溴酸盐副产物进行控制和去除研究非常迫切。由于现有的溴酸盐控制与去除技术均存在着一定的缺点和不足,本文提出了纳米铁去除溴酸盐技术,利用纳米零价铁颗粒粒径小、比表面积大、反应活性高的优点,从而快速有效的去除水中的溴酸盐。本文通过SEM、TEM、XRD和氮吸附法等手段对制备的纳米零价铁进行表征的基础上,通过液相还原法制备了纳米铁。对纳米铁去除溴酸盐进行间歇实验研究,实验结果表明：1、纳米铁对溴酸盐的还原去除反应发生在纳米铁的表面,与还原铁粉相比,纳米零价铁具有更大的比表面积（20.9824m2／g）,因此对溴酸盐的去除速率明显更快,所需纳米投铁加量更少。2、影响溴酸盐去除效果的因素有：纳米铁投加量、溴酸盐初始浓度、溶液初始pH值、温度、搅拌速度、溶解氧等。反应速率随纳米铁投加量的增加、温度的升高和搅拌速度加快而增大；pH值对溴酸盐去除有双重作用,在一比较适宜的pH值范围能有效的去除溴酸盐；在纳米铁过量的情况下,溴酸盐初始浓度影响不大；由于铁易发生氧化反应,所以溶解氧的存在会使溴酸盐的去除速率下降较大。3、水中共存阴离子和有机物都会对纳米铁去除溴酸盐效能产生影响。由于硝酸盐和氯酸盐的竞争作用,使溴酸盐去除速率略有下降,而亚硝酸盐则使溴酸盐去除速率上升；磷酸盐和重碳酸盐吸附在纳米铁表面,同时与纳米铁生成络合物,从而降低了溴酸盐去除速率；硫酸盐的存在会加速纳米铁的腐蚀,同样使溴酸盐去除速率下降；而有机物对溴酸盐去除速率影响不大；在自来水中,溴酸盐去除速率明显下降,通过增加纳米铁投加量可提高溴酸盐去除速率。4、纳米铁还原去除溴酸盐符合拟一阶反应动力学模型。通过阿伦尼乌斯定律计算得出,在本实验条件下的表观活化能Ea为23.2kJ／mol,指前因子A为1933.4min-1。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 饮用水处理现状
• 1.2 溴酸盐的来源与危害
• 1.3 溴酸盐的控制技术
• 1.4 溴酸盐的去除技术
• 1.5 论文的选题思路
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验主要试剂
• 2.2 实验装置和方法
• 2.3 实验分析方法
• 3 纳米铁去除溴酸盐试验研究
• 3.1 纳米铁制备
• 3.2 纳米铁投加量的影响
• 3.3 溴酸盐初始浓度的影响
• 3.4 溶液初始pH值的影响
• 3.5 反应温度的影响
• 3.6 搅拌速度的影响
• 3.7 溶液初始溶解氧的影响
• 3.8 本章小结
• 4 阴离子与有机物对纳米铁去除溴酸盐影响试验研究
• 4.1 硝酸盐的影响
• 4.2 亚硝酸盐的影响
• 4.3 氯酸盐的影响
• 4.4 磷酸盐的影响
• 4.5 硫酸盐的影响
• 4.6 重碳酸盐的影响
• 4.7 有机物的影响
• 4.8 自来水中溴酸盐的去除
• 4.9 本章小结
• 5 纳米铁去除溴酸盐反应原理与动力学研究分析
• 5.1 实验原理
• 5.2 纳米铁去除溴酸盐反应产物分析
• 5.3 纳米铁颗粒的表征
• 5.4 反应动力学分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介