活性炭负载纳米零价铁去除溴酸盐的研究

【摘要】当水体中溴离子（Br-）浓度超过20μg/L时，经臭氧深度处理后会生成消毒副产物溴酸盐。溴酸盐具有潜在致癌性，已被国际癌症研究机构定为2B级潜在致癌物。世界卫生组织和美国环境保护局均规定饮用水中溴酸盐含量应低于10μg/L。我国现行标准如《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）和《饮用天然矿泉水》（GB8537-2008）均将溴酸盐的含量限定为10μg/L。因此对因臭氧深度处理饮用水而产生的溴酸盐副产物的去除研究迫在眉睫。本文采用改性活性炭负载纳米铁（nZVI/MAC）去除水中的溴酸盐，结合纳米零价铁比表面积大、反应活性高以及活性炭的吸附性能，从而快速去除水中的溴酸盐。本文主要包括三个研究部分：第一部分采用传统的液相还原法制备纳米零价铁材料（nZVI）和改性活性炭负载纳米零价铁材料（nZVI/MAC）。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等对其结构进行表征。结果表明：nZVI/MAC和nZVI均含有α-Fe，且制备的nZVI/MAC材料中nZVI颗粒分散性良好，其平均粒径约为未负载的nZVI的1/2。第二部分研究了nZVI/MAC去除溴酸盐的影响因素。研究结果表明：nZVI/MAC去除溴酸盐的过程符合拟一阶动力学模型，且nZVI/ACHN材料为所有材料中性能最优的，当DO=0mg/L、pH=6.8的常温下5min对溴酸盐的去除率能达到95.66%。nZVI/ACHN去除溴酸盐的反应速率随纳米铁投加量的增加而增加，随pH值的减小而增大（除极酸条件下），而随DO的增加迅速降低；此外，nZVI/ACHN储存时间的延长以及溶液中共存离子的存在会降低溴酸盐的去除率；而溴酸盐浓度的增加将降低表观速率常数（Kobs），但初始速率常数却增加。第三部分对nZVI/ACHN去除溴酸盐过程中溴的质量平衡以及去除机理进行了分析。在整个实验过程中溴酸盐和溴离子的质量平衡范围为96.24-101.17%，且溴离子为反应的唯一产物；nZVI/MAC去除溴酸盐的机理为2步反应机制：首先水体中的溴酸根被MAC和nZVI快速地吸附到nZVI/MAC表面，使局部BrO3-浓度升高。然后，在nZVI的还原作用下BrO3-迅速被转化为无毒的Br-。
【作者】伍秀琼；
【导师】杨麒；李小明；
【作者基本信息】湖南大学，环境工程，2013，硕士
【关键词】活性炭；吸附；溴酸盐；纳米零价铁；还原；

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