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納米零價鐵為處理水中重金屬和含氯有機物污染提供了新途徑�！栋图{米零價鐵的制備與應用》主要介紹了水中重金屬和含氯有機污染物的現(xiàn)狀，納米零價鐵的性能及應用狀況；流變相反應在制備納米材料中的應用；包裹型納米零價鐵的制備與表征；重點介紹了包裹型納米鐵在處理水中重金屬和含氯有機物以及復合污染物中的還原反應的機理、影響因素等；多孔陶粒負載納米零價鐵處理含磷廢水等內(nèi)容。本書可供從事環(huán)境科學與工程、材料工程、化學和化工等專業(yè)的高校師生使用，也可供從事環(huán)境污染治理和材料研究等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員和技術(shù)人員參考。

隨著世界經(jīng)濟的全球化，環(huán)境污染也日益呈現(xiàn)出國際化的趨勢，全球性的環(huán)境污染和能源短缺引起了世界各個國家的廣泛關(guān)注。種類繁多、有毒且難降解的污染物嚴重威脅著人類的身體健康與生存環(huán)境。其中，水資源污染、短缺給經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴重的影響，而重金屬廢水又是最大的污染源之一。重金屬毒性強、不可生物降解而且可在水體或動植物中富集，目前已經(jīng)嚴重威脅著環(huán)境。重金屬廢水存在于各個行業(yè)中，如金屬加工、電鍍、塑料以及顏料的制備等生產(chǎn)過程中，未經(jīng)處理的重金屬廢水排放給環(huán)境和人類生活帶來嚴重的威脅。因此，有毒重金屬廢水的修復治理迫在眉睫。水體的有機物污染在我國也很嚴重，有些水域環(huán)境的污染甚至已經(jīng)威脅到人們身體健康及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。含氯有機物在水體中常見的二十多種有機污染物中占了將近一半，其中三氯乙烯（trichloroethylene，TCE）是最常見的有機污染物。由于疏水性和難降解的特點，TCE能在生物圈中不斷地富集，成為水系和土壤中常見的污染物。自從Ginham和OHannesinl提出金屬鐵屑可以用于地下水的原位修復以來，用納米零價鐵(nanoscale zero-valent iron-NZVI)金屬促進還原污染物已經(jīng)成為一個非�；钴S的研究課題�？蓾B透反應墻(PRB)地下水原位修復技術(shù)的出現(xiàn)，更是促進了NZVI還原技術(shù)的快速發(fā)展。納米零價鐵顆粒因其粒徑小，顆粒具有較大的比表面積和表面能，具有優(yōu)越的吸附性能和還原活性，已成為地下水原位修復中非常有效的反應介質(zhì)材料，在環(huán)境污染修復中得到廣泛的應用。目前，納米鐵粒子制備的方法比較多，有蒸發(fā)凝聚法、熱等離子法、高能球磨法、固相還原法、液相還原法等。其中，液相還原法應用較多，其工藝相對簡單，但該方法在制備過程中需要惰性氣體進行保護，大大增加了制備的難度和成本。因此，找出一種簡單高效的制備方法顯得十分必要。針對以上問題，本研究首次采用流變相反應法，以大分子有機物瓊脂、羧甲基纖維素（CMC）和水溶性淀粉，環(huán)境友好型礦物高嶺土（kaolin）、膨潤土(bentonite)、沸石(zeolite)、分子篩及紫葉小檗樹葉提取液合成了包裹型納米零價鐵，采用多孔陶粒負載納米零價鐵制備出更具應用前景的復合材料，并通過X射線粉末衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）等對所制得的樣品形貌、結(jié)構(gòu)和組成進行表征；考察了其對重金屬Cr(Ⅵ) 、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、As(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的還原去除性能；以及采用多孔陶粒負載納米零價鐵處理含磷廢水，探討了其反應所符合的動力學模型和反應機理；考察了其對三氯乙烯(trichloroethylene，TCE)、三氯甲烷(trichloromethane，TCM)、四氯化碳（carbon tetrachloride，CTC）及混合廢水Pb(Ⅱ)- TCM和Ni(Ⅱ)-TCE的還原去除能力，以及對磷的物理吸附、配位體交換反應及化學沉淀反應等進行了較深入的研究。本書得以順利出版，得到了國家自然科學基金委員會和化學工業(yè)出版社的大力支持，同時得到了景德鎮(zhèn)陶瓷大學在經(jīng)費方面的支持。本書大部分研究成果是由景德鎮(zhèn)陶瓷大學研究生蘇曉淵、郭磊、焦創(chuàng)、樊文井、范小豐、余淑珍、潘順龍等完成。諶怡雯、余宏偉、吳新運、呂美玲、張素華、武浪、郭文婷、孫曉燕、寧清和歐陽智等在文字校對和圖表整理方面做了大量工作，在此表示衷心感謝。本書引用了部分書刊的資料、文獻，在此向所引用參考文獻的作者致以謝意！成岳2017年10月

0概述

0.1水體污染嚴重性001

0.2納米零價鐵處理技術(shù)的應用001

0.3納米零價鐵在應用中存在的問題002

0.3.1鐵的鈍化002

0.3.2NZVI的團聚和沉淀002

0.3.3鐵自身毒性及納米毒性003

0.3.4降解中間產(chǎn)物的毒性風險003

0.3.5回收難003

0.4提高反應活性的常用方法003

0.4.1有機分散劑改性003

0.4.2雙/三金屬復合改性004

0.4.3負載型NZVI材料004

0.4.4其他技術(shù)輔助004

0.5納米零價鐵制備技術(shù)005

參考文獻006

1水中重金屬和含氯有機物的污染與處理

1.1水污染及水中重金屬的污染現(xiàn)狀及危害007

1.2水體中重金屬污染來源危害與處理技術(shù)008

1.2.1六價鉻的來源、危害與處理技術(shù)008

1.2.2鉛污染來源、危害與處理技術(shù)010

1.2.3砷污染來源、危害與處理技術(shù)011

1.2.4銅污染來源、危害與處理技術(shù)013

1.2.5鎳污染來源、危害與處理技術(shù)013

1.3含氯有機污染物的來源、危害與處理技術(shù)014

1.3.1含氯有機污染物的來源、危害014

1.3.2脫氯技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀015

1.4納米零價鐵應用于水污染修復016

1.4.1納米零價鐵概述016

1.4.2納米零價鐵在環(huán)境中的應用018

1.4.3納米零價鐵在重金屬修復方面的應用018

1.4.4納米零價鐵降解含氯有機物的應用019

1.4.5納米零價鐵與重金屬和含氯有機物反應的機理研究020

1.5納米零價鐵的制備方法025

1.5.1納米零價鐵的結(jié)構(gòu)性質(zhì)025

1.5.2納米零價鐵的制備與改性026

參考文獻028

2流變相反應法制備納米材料

2.1流變相反應031

2.1.1流變相反應的概念031

2.1.2流變相反應方法的特點032

2.1.3流變相反應原理及工藝032

2.1.4流變相反應方法的開發(fā)過程033

2.2流變相反應方法的分類033

2.2.1流變相反應以水為介質(zhì)033

2.2.2有機溶劑作為流變相反應介質(zhì)034

2.3流變相反應的應用034

2.3.1單晶材料034

2.3.2元素金屬034

2.3.3金屬氧化物035

2.3.4金屬有機鹽036

2.3.5高級電極材料036

2.4通過流變相反應法制備納米材料及其應用037

2.4.1微納米鎳037

2.4.2納米零價鐵粒子040

2.4.3ZnO納米顆粒的制備041

2.4.4納米晶體尖晶石型氧化物043

2.4.5Tb3 摻雜的發(fā)光鋅046

2.4.6負溫度系數(shù)陶瓷材料049

2.4.7固有導電聚合物(ICP)051

2.4.8鋰電池正極材料LiFePO4055

2.5使用流變相反應法需要注意的事項058

參考文獻059

3包裹型納米零價鐵的制備與表征

3.1有機物包裹納米零價鐵的制備與表征063

3.1.1主要試劑和儀器設(shè)備063

3.1.2樣品的合成063

3.1.3測試與表征066

3.1.4結(jié)果與討論066

3.2礦物包裹納米零價鐵的制備074

3.2.1包裹型納米零價鐵的制備074

3.2.2表征分析074

3.3分子篩包裹納米零價鐵的制備076

3.3.1MCM-22/NZVI的制備076

3.3.2MCM-41/NZVI的制備079

3.3.3MCM-48/NZVI的制備081

3.4綠色合成納米零價鐵085

3.4.1紫葉小檗樹葉提取液綠色合成納米零價鐵086

3.4.2茶葉提取液制備納米零價鐵089

參考文獻092

4包裹型納米零價鐵去除水中重金屬離子的研究

4.1Cu2 的處理研究094

4.1.1NZVI對廢水中Cu2 的去除效果095

4.1.2Agar-NZVI對廢水中Cu2 的去除效果097

4.1.3CMC-NZVI對廢水中Cu2 的去除效果099

4.1.4Starch-NZVI對廢水中Cu2 的去除效果102

4.1.5包裹型納米零價鐵去除Cu2 的反應機理104

4.2Cr(Ⅵ)處理試驗研究104

4.2.1Agar-NZVI對水中Cr(Ⅵ)的去除效果105

4.2.2CMC-NZVI對水中Cr(Ⅵ)的去除效果111

4.2.3Starch-NZVI對水中Cr(Ⅵ)的去除效果116

4.2.4包裹型納米零價鐵去除Cr(Ⅵ)的反應機理120

4.2.5MCM-41/NZVI處理含鉻廢水121

4.3Pb(Ⅱ)處理研究124

4.3.1包裹型的納米零價鐵去除Pb(Ⅱ)的試驗設(shè)計125

4.3.2MCM-22/NZVI對含Pb(Ⅱ)廢水的處理129

4.3.3茶葉提取液制備納米零價鐵去除Pb(Ⅱ)的試驗設(shè)計133

4.4水中砷(As)的處理試驗研究136

4.4.1實驗所需藥品和儀器136

4.4.2實驗步驟137

4.4.3結(jié)果分析與討論138

4.4.4反應產(chǎn)物回收140

4.4.5機理分析140

4.5鐵粉去除電鍍廢水中鋅鎘離子的反應動力學研究141

4.5.1試驗141

4.5.2分析與討論142

參考文獻149

5包裹型納米零價鐵降解水中含氯有機物的研究

5.1降解水中TCE151

5.1.1實驗材料及儀器151

5.1.2TCE降解試驗152

5.1.3Agar-NZVI對水中TCE的脫氯效果153

5.1.4CMC-NZVI對水中TCE的去除效果154

5.1.5Starch-NZVI對水中TCE的去除效果155

5.1.6反應動力學157

5.1.7反應后產(chǎn)物的SEM和EDS分析160

5.1.8包裹型納米零價鐵去除TCE的反應機理162

5.2降解地下水中三氯甲烷163

5.2.1TCM降解柱實驗163

5.2.2CMC-NZVI對水中TCM的去除效果164

5.2.3Agar-NZVI對水中TCM的去除效果165

5.2.4Starch-NZVI對水中TCM的去除效果166

5.2.5NZVI對水中TCM的去除效果167

5.2.6反應機理169

5.3紫葉小檗樹葉提取液綠色合成納米零價鐵對地下水中CTC的去除效果169

5.3.1初始濃度對CTC去除率的影響170

5.3.2pH值對CTC去除率的影響170

5.3.3投加量對CTC去除率的影響170

5.3.4反應動力學171

5.3.5反應機理172

參考文獻173

6包裹型納米零價鐵去除水中重金屬-含氯有機物

6.1去除水中Ni2 -TCE的研究174

6.1.1實驗材料及儀器174

6.1.2Ni2 -TCE的去除試驗175

6.1.3包裹型納米零價鐵對水中Ni2 -TCE的去除效果176

6.1.4反應機理探討178

6.2CMC包裹納米零價鐵處理水中三氯甲烷和鉛正交試驗179

6.2.1儀器與藥品179

6.2.2TCM和鉛降解正交試驗方法179

6.2.3TCM和鉛離子的測定180

6.2.4結(jié)果分析與討論181

6.2.5最優(yōu)條件下對三氯甲烷和鉛的降解試驗185

6.2.6三氯甲烷和鉛的降解機理分析185

參考文獻186

7包裹型納米鐵處理染料廢水

7.1包裹型納米鐵降解活性艷藍(KN-R)187

7.1.1活性艷藍(KN-R)簡介187

7.1.2實驗方法187

7.1.3CMC-NZVI對活性艷藍脫色率的影響188

7.1.4釋放效果探索190

7.1.5CMC-NZVI處理活性艷藍吸附動力學研究191

7.1.6CMC-NZVI對KN-R的脫色機理192

7.2MCM-48/NZVI處理亞甲基藍染料193

7.2.1亞甲基藍193

7.2.2亞甲基藍溶液的標準曲線193

7.2.3試驗設(shè)計193

7.2.4正交試驗結(jié)果分析194

7.2.5MCM-48/NZVI降解亞甲基藍染料的機理探討194

參考文獻196

8多孔陶粒負載納米零價鐵處理含磷廢水

8.1多孔陶粒負載納米零價鐵的概述197

8.2含磷廢水198

8.2.1磷的來源及危害198

8.2.2磷的去除方法198

8.3多孔陶粒199

8.3.1多孔陶粒的應用199

8.3.2多孔陶粒的除磷機制200

8.4試驗內(nèi)容200

8.4.1試驗原理200

8.4.2試驗的原料及藥品200

8.4.3試驗所用的儀器和設(shè)備201

8.4.4試驗過程201

8.4.5磷酸鹽的測定方法202

8.4.6靜態(tài)吸附試驗203

8.4.7多孔陶粒負載納米鐵處理含磷廢水的試驗203

8.4.8表征與性能分析204

8.4.9陶粒的再生204

8.5結(jié)果分析與討論204

8.5.1靜態(tài)吸附動力學研究204

8.5.2柱高(填充率)對磷去除率的影響206

8.5.3初始濃度對磷去除率的影響206

8.5.4溶液的pH值對去除率的影響207

8.5.5樣品分析208

8.6多孔陶粒負載納米零價鐵的除磷機制211

8.7結(jié)論212

參考文獻212

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