羧甲基纤维素稳定纳米零价铁修复水中Cr(Ⅵ)和TCE研究

【摘要】地下水是人类生存重要的淡水资源。随着人口与经济快速增长，地下水污染问题日益严重，其中重金属六价铬Cr(VI)和有机污染物三氯乙烯TCE的污染备受人们关注。近年科学家们提出将纳米零价铁作为还原剂可以原位修复污染地下水，但研究应用中纳米零价铁易氧化团聚失去活性、迁移性差，不能高效降解污染物，因此对纳米零价铁进行改性，增强其稳定性和迁移性具有重要应用价值。本文采用环境友好型材料羧甲基纤维素作为包覆剂制备稳定纳米零价铁（CNZVI），并进行透射电镜TEM和扫描电镜SEM表征分析；通过对比实验和柱实验研究CNZVI在水中稳定分散能力和迁移能力；通过CNZVI与模拟地下水中含Cr(VI)、TCE反应批试验，研究CNZVI反应活性。论文为CNZVI在实际场地运用提供理论和实验基础，取得主要成果如下：（1）TEM表征结果显示CNZVI呈明显壳膜-内核结构圆球状。单粒径在100～170nm，内核是Fe0，Fe0颗粒粒径约为20nm；SEM表征结果显示随CMC包覆比例越高，Fe0粒径越小，Fe0分布在CMC网格“骨架”中。与自制纳米铁（nZVI）和商用纳米铁（RNIP）相比，CMC的存在增加颗粒间静电排斥力与空间位阻，防止Fe0与空气接触，所以提高Fe0在水中的分散能力与迁移能力。（2）CNZVI对水中Cr(VI)具有良好还原能力。相同Fe0含量条件下，CNZVI可以100%还原水中Cr(VI)，是nZVI的1.35倍，RNIP的2.5倍。通过提高CMC包覆比例和CNZVI投加量，可以提高对Cr(VI)的去除率；Cr(VI)初始浓度并不影响CNZVI对Cr(VI)的绝对还原量；地下水中存在的腐植酸（HA）会与污染物竞争Fe0的表面活性位，抑制反应进行。（3）CNZVI对水中TCE有一定的降解能力。在14天内Fe0含量为1g/L的CNZVI对初始浓度为10mg/L的TCE降解率仅为54%，是nZVI降解率的87%，RNIP降解率的54%。随CMC包覆比例增加，TCE降解率降低，CMC对TCE具有一定的吸附能力。随水中存在的Na+、Ca2+和HA浓度增加，TCE降解率减小。高浓度金属离子存在使CMC溶解度减小，Fe0快速氧化团聚。HA与水中TCE竞争Fe0的表面活性位，生成Fe0络合物，阻碍Fe0与TCE接触反应。（4）水中Cr(VI)存在对CNZVI还原TCE反应起促进作用。实验证明重金属与含氯有机物复合污染情况下，更有利于采用CNZVI对地下水修复治理。
【作者】何娴；
【导师】陈家玮；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地球化学，2014，硕士
【关键词】纳米零价铁；羧甲基纤维素；三氯乙烯；六价铬；地下水修复；

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