纳米材料对PCB77的吸附与降解研究

论文摘要

随着纳米技术研究的深入和发展,纳米材料在环境中的应用引起了大家的关注,特别是一些环保难题,如大气污染、污水处理、农药残留和城市垃圾等问题得到了有效解决更使我们认识到纳米材料在环境领域有着广泛的应用前景。本文主要对纳米粘土矿物对多氯联苯（持久性污染物之一）的吸附特性及纳米铁、硅体系对多氯联苯的降解进行了研究。1.采用振荡平衡法,研究了不同上壤及纳米粘土矿物对多氯联苯吸附特性,结果表明：多氯联苯浓度范围为0.25～5.0mg/L时,不同土壤及纳米粘土矿物对多氯联苯的吸附均能用Freundlich方程很好地拟合,随着溶液中多氯联苯浓度的增加,土壤及纳米粘土矿物对多氯联苯的吸附量增加；几种土壤对多氯联苯吸附量大小顺序为：红壤>黄褐土>砂姜黑土,土壤有机质、粘粒等对多氯联苯吸附起主要作用,土壤更易吸附高氯代PCB77；纳米粘土矿物对多氯联苯吸附量大小顺序为：纳米蒙脱石>纳米Si02>凹凸棒石,纳米粘土矿物吸附多氯联苯能力的大小与纳米粘土矿物的比表面积、粒径、层状结构等有关；多氯联苯本身分子的大小影响其在纳米粘土矿物上的吸附；土壤中添加纳米粘土矿物可以提高对多氯联苯的吸附。2.研究了纳米Fe、Si体系降解水溶液中PCB77的动力学差异。结果表明,纳米Fe0、纳米Fe304和纳米Si0对PCB77均有降解作用,该降解为还原脱氯反应。降解过程符合准一级反应动力学,反应速率常数Kobs分别为0.0177,0.0038,0.0045h-1。PCB77初始浓度为5mg/L,纳米材料投加量为5g/L,溶液pH4.5条件下,纳米Fe0体系对PCB77降解效果最为显著,64h时PCB77残留率仅为19.83%,氯离子浓度为50.3μmol/L,反应体系pH值从4.5升至5.26。纳米双元体系Fe0和Si0、Fe3O4和Si0对PCB77降解过程也符合准一级反应动力学,反应速率常数Kobs分别为0.0114,0.004h-1,其中纳米Fe0和Si0体系降解效果优于纳米Fe304和Si0体系。PCB77残留率分别为34.91%和66.62%,氯离子浓度分别为40.07,20.47μmol/L,反应体系pH值变化不明显。随着溶液初始pH值增加,纳米Fe0、纳米Fe304降解PCB77效果明显降低,但溶液pH值升高有利于纳米Si0对PCB77的降解。两组纳米双元体系对PCB77的降解效果受pH值影响小3.以反应体系缓冲溶液的pH值、PCB77初始浓度、纳米Fe0投加量、纳米Si0投加量、腐殖酸投加量和表面活性剂投加量为因素,设计6因素5水平正交实验,结果表明,溶液初始pH值为4.5,初始PCB77浓度为1mg/L,内米Fe0投加量为10g/L,腐殖酸投加量为0.25g/L,环糊精投加量为1g/L条件下,反应2h后,PCB77残留率最低为35.2%,缓冲溶液初始pH值为4.5时,氢离子浓度变化最大为0.36×10-4mol/L,旦Eh变化不是最大的一组。初始pH值对纳米材料降解PCB77反应体系中PCB77的残留浓度影响最大,其次是纳米Fe0投加量；初始pH值对反应体系中氢离子浓度影响最大,其次是环糊精投加量；PCB77初始浓度对反应体系中Eh变化影响最大,其次是纳米Fe0投加量。PCB77起始浓度为5mg/L、溶液初始pH值为6.8,反应64h后,纳米Fe0投加量为10.0g/L时,PCB77残留浓度最低,残留率仅为29.3%；纳米Si0投加量为0.5g/L时,PCB77残留浓度最低,残留率仅为67%；纳米Si0投加量为1.0g/L,即纳米Si0：纳米Fe0=1：10时,PCB77残留浓度最低,残留率仅为22.2%。4.研究了纳米Fe、Si体系降解土壤中PCB77的动力学差异。结果表明,PCB77投加量为20μg/g,纳米材料投加量分别为纳米Fe0为40mg/g,纳米Si0为20mg/g和混合纳米材料60mg/g（纳米Fe0为40mg/g,纳米Si0为20mg/g）条件下,纳米材料对灭菌和未灭菌土壤中PCB77降解过程均符合准一级反应动力学,灭菌条件下,反应速率常数Kobs分别为0.0057h-1,0.004h-1和0.0059h-1,反应64h后,反应体系中PCB77残留率分别为68.2%,76.1%和63.6%；未灭菌条件下,反应速率常数Kobs分别为0.0081h-1,0.0067h-’和0.0083h-1,反应64h后,反应体系中PCB77残留率分别为53.2%,64.1%和51.7%；纳米Fe0、Si0双元体系优于单元体系,纳米Si0：纳米Fe0=1：10时对PCB77降解效果最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文献综述
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.2 仪器设备
• 2.3 多氯联苯在纳米粘土矿物及土壤上的吸附
• 2.3.1 多氯联苯在土壤上的吸附
• 2.3.2 多氯联苯在纳米粘土矿物上的吸附
• 2.3.3 土壤中添加不同比例纳米粘土矿物对多氯联苯吸附的影响
• 2.4 纳米Fe、Si体系对3,3’,4,4’-四氯联苯（PCB77）的降解
• 2.4.1 纳米Fe、Si体系对溶液中PCB77的降解动力学
• 0、Si⁰降解溶液中PCB77的影响因素'>2.4.2 纳米Fe⁰、Si⁰降解溶液中PCB77的影响因素
• 0、Si⁰对土壤中PCB77的降解'>2.4.3 纳米Fe⁰、Si⁰对土壤中PCB77的降解
• 2.5 分析检测条件
• 2.6 数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 纳米材料的SEM表征
• 3.2 多氯联苯在不同土壤及纳米粘土矿物上的吸附特性
• 3.2.1 PCBs在不同土壤中的吸附
• 3.2.2 PCBs在不同纳米粘土矿物上的吸附
• 3.2.3 PCBs在添加不同比例粘土矿物的土壤中吸附
• 3.3 纳米Fe、Si体系对PCB77的降解
• 3.3.1 纳米Fe、Si单元体系对溶液中PCB77的降解
• 3.3.2 纳米Fe、Si双元体系对溶液中PCB77的降解
• 3.3.3 反应体系初始pH对PCB77降解的影响
• 3.3.4 纳米Fe、Si单元体系与双元体系的降解效果比较
• 0、Si⁰降解溶液中PCB77的不同影响因素'>3.3.5 纳米Fe⁰、Si⁰降解溶液中PCB77的不同影响因素
• 0、Si⁰降解土壤中PCB77'>3.3.6 纳米Fe⁰、Si⁰降解土壤中PCB77
• 4 讨论
• 5 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介
• 发表论文