零价铁凹土pva三维网状材料的制备及应用
以聚乙烯醇为骨架，辐照后的凹土为原料，通过液相还原法和发泡冻融技术成功制备出了零价铁/凹土/PVA复合材料，并且尝试用发泡剂明胶来增大复合材料的孔径，最后选取红外光谱、扫描电镜和硝基苯模拟废水进行表征和性能测试。红外光谱表明复合材料的光谱图包含各个物质的特征峰；通过观察和电镜可以看出复合材料的孔隙优于原先制备的材料，其中加入明胶的效果最好。对硝基苯废水的处理效果来看，其硝基苯的去除率稍微高于原先的复合材料。关键词 零价铁，凹土，PVA，硝基苯
目 录
1引言 1
1.1硝基苯废水处理方法应用 1
1.2零价铁制备方法应用及优缺点 1
1.3辐照凹土的吸附作用、分散性和固载作用 3
1.4聚乙烯醇（PVA）载体应用及扩孔方法探索 3
1.5选题依据与研究意义 4
2实验部分 5
2.1实验试剂 5
2.2实验仪器 6
2.3实验方法 7
2.3.1实验步骤 7
2.3.2实验方案设计 8
2.4表征方法 9
2.5硝基苯废水模拟处理 9
2.5.1分析方法 9
2.5.2样品测定 11
2.5.3计算 11
3结果与讨论 12
3.1红外光谱分析 12
3.1.1复合材料红外分析 12
3.1.2复合材料处理硝基苯废水前后红外图谱分析 13
3.2扫描电镜分析 14
3.2.1凹土含量对复合材料的影响 14
3.2.2冷冻次数对复合材料的影响 15
3.2.3辐照凹土与未辐照凹土对比 15
3.2.4复合材料孔径比较分析 16
3.2.5复合材料贯穿孔分析 17
3.2.6材料内部结构比较 17
3.2.7加入明胶前后载体孔径对比 18
3.3硝基苯废水模拟实验分析 18
3.3.1辐照凹土形成的载体硝基苯模拟废水实验 18
3.3.2单因素去除率研究 19
3.3.3辐照后的载体和辐照前的载体 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
硝基苯去除率对比 20
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1引言
硝基苯属于芳烃类精细化工中间体，它应用广泛，能应用于印染、农药等生产领域中[1]。在现代化工领域中，硝基苯的量每年会以3.1%的速度增长[2]，全球每年会将10000t的硝基苯废水排入环境中[3]。硝基苯废水毒性大、生化性能差 [4]已经影响着生物圈。硝基苯废水还有较高的稳定性，同时会较久的沉在水底。硝基苯能溶于水，在水中分解时间格外的长[5]。硝基苯类有机物性能稳定，物质难开环降解，一般的废水处理方法很难去除它们。因此，对硝基苯类污染物的研究，是当今一项重要的话题。
1.1硝基苯废水处理方法应用
关于硝基苯废水，近年来国内外研究的最多的方法大致可以分为物理法、化学法、生物法和复合处理方法。在物理法中，有吸附法、萃取法等。吸附法有活性炭吸附、树脂吸附等。刘守新等[6]用活性炭吸附硝基苯，结果表明改性后的活性炭具有更强的吸附能力。华英杰等[7]用树脂吸附水中的硝基苯，结果表明其吸附速率快，效果好。但是活性炭价钱比较高，热再生时可能会使硝基苯类化合物爆炸，具有一定的危险性，吸附再生及使用寿命上不太理想。萃取法处理周期短，处理废水大，但是会产生二次污染。化学法有臭氧氧化、化学沉淀、铁碳微电解等。臭氧氧化因降解速率快，去除硝基苯效率比较高，但是会耗大量的电、成本相对较高，并且臭氧毒性强，溶解性较差，重复利用率不高；铁碳微电解现今广泛运用于污水厂中，其处理效果较好，但需维持较低的pH值，对工艺参数要求很高，反应完成后调整pH值后会有大量的沉淀物，并且沉淀物为危险固废，后续固废处理要求比较高。生物法能够低成本的处理硝基苯废水，但是大多数微生物只适合生存在20~500mg/L的硝基苯废水中。复合法解决了其他方法的局限性，冯建红等[8]利用活性炭和活性污泥处理硝基苯废水，去除率高达99.8%。对此，本实验设想用零价铁为主的新复合材料来有效地解决硝基苯废水问题。
1.2零价铁制备方法应用及优缺点
零价铁可以去除水中的氯化物[9]、无机阴离子[10]等，是现今环境修复广泛运用的材料。自Glavee等[11]用硼氢化钠值的零价铁开始，后续的研究者开发了一系列的零价铁制备方法。
零价铁的制备有物理法、化学法等。在物理法中，有蒸发冷凝法等。蒸发冷凝法能够制得高纯度的零价铁，但是会存在零价铁易团聚、操作存在危险性等。化学方法制备零价铁中，有液相还原法、热解羰基铁法，微乳液法等。液相还原法是将硼氢化钠和铁盐反应，生成零价铁[11]，此方法操作简单，很容易制得的零价铁，但是存在零价铁在取出过程中被氧化和团聚问题。热解羰基铁法是将羰基铁 Fe（CO）5分解，可以制得密集的零价铁，但是所选药剂有很高的毒性，不适合一般实验室操作[12]。微乳液法是将铁盐加入到微乳液中，加热后可制得分散性好的零价铁。但此方法成本较高、工艺复杂。最新的研究进展中，利用多酚类化合物代替硼氢化钠，还原FeSO4可以制得零价铁，此方法解决了硼氢化钠低毒的危害，同时也减小了多酚类化合物的生物毒性。Huang等[13]用植物提取了茶多酚化合物，用化合物制备了零价铁。
零价铁原料价格较低价格便宜、低的毒性、不会对土壤和水造成二次污染等，因它的许多优点，故可以作为一种新型的复合材料，受到了国内外专家的青睐。零价铁能去除多种有毒有害污染物，使其还原为可被生物降解的物质，国内外专家认为零价铁修复技术是最有应用潜力且无害的污染物治理技术之一。零价铁化学性质很活泼，电负性很大，电极电位E0（Fe2+/Fe）=－0.44 V[14]，具有很强的还原性，按金属活泼性顺序表，可置换出比Fe不活泼的物质并依附在铁表面，零价铁另一个化学性质为可将物质还原。20世纪80年代末，人们就开始对零价铁的研究，如后更是热门的研究方向。
零价铁的去污机理主要包括三方面：一为铁的还原作用，由于其自身的还原性决定，可将硝基苯等多种污染物还原。二为微电解作用，零价铁具有电化学特性，其电极反应的产物中［H］和 Fe2+能与废水中的很多污染物质发生氧化还原作用，从而去除污染物或者将污染物转化为可被微生物讲解的物质。三为混凝吸附作用，铁的电化学腐蚀会产生絮状 Fe（OH）2和Fe（OH）3等难溶于水的沉淀，可以吸附去除部分物质。
大量研究表明零价铁不但可以降解水体中的氯代有机物，还能还原去除重金属、硝基芳香族等多种污染物，推动了环境修复治理的发展[14]。J.A.Lackovic等[15]用零价铁除砷技术处理地下水砷污染，使As降到5um g/L。Senzaki等[16]用零价铁去除水体中的氯代有机物。但是零价铁也存在许多的问题，反应后转化的铁离子存在水中，造成二次污染，但最为重要的问题为铁的钝化问题。Cao等[17]成功制备出CuO/凹土催化剂，使得CuO不易团聚，解决了金属物质易团聚钝化问题。由此设想用凹土作为零价铁的载体，克服零价铁团聚钝化问题。
目 录
1引言 1
1.1硝基苯废水处理方法应用 1
1.2零价铁制备方法应用及优缺点 1
1.3辐照凹土的吸附作用、分散性和固载作用 3
1.4聚乙烯醇（PVA）载体应用及扩孔方法探索 3
1.5选题依据与研究意义 4
2实验部分 5
2.1实验试剂 5
2.2实验仪器 6
2.3实验方法 7
2.3.1实验步骤 7
2.3.2实验方案设计 8
2.4表征方法 9
2.5硝基苯废水模拟处理 9
2.5.1分析方法 9
2.5.2样品测定 11
2.5.3计算 11
3结果与讨论 12
3.1红外光谱分析 12
3.1.1复合材料红外分析 12
3.1.2复合材料处理硝基苯废水前后红外图谱分析 13
3.2扫描电镜分析 14
3.2.1凹土含量对复合材料的影响 14
3.2.2冷冻次数对复合材料的影响 15
3.2.3辐照凹土与未辐照凹土对比 15
3.2.4复合材料孔径比较分析 16
3.2.5复合材料贯穿孔分析 17
3.2.6材料内部结构比较 17
3.2.7加入明胶前后载体孔径对比 18
3.3硝基苯废水模拟实验分析 18
3.3.1辐照凹土形成的载体硝基苯模拟废水实验 18
3.3.2单因素去除率研究 19
3.3.3辐照后的载体和辐照前的载体 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
硝基苯去除率对比 20
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1引言
硝基苯属于芳烃类精细化工中间体，它应用广泛，能应用于印染、农药等生产领域中[1]。在现代化工领域中，硝基苯的量每年会以3.1%的速度增长[2]，全球每年会将10000t的硝基苯废水排入环境中[3]。硝基苯废水毒性大、生化性能差 [4]已经影响着生物圈。硝基苯废水还有较高的稳定性，同时会较久的沉在水底。硝基苯能溶于水，在水中分解时间格外的长[5]。硝基苯类有机物性能稳定，物质难开环降解，一般的废水处理方法很难去除它们。因此，对硝基苯类污染物的研究，是当今一项重要的话题。
1.1硝基苯废水处理方法应用
关于硝基苯废水，近年来国内外研究的最多的方法大致可以分为物理法、化学法、生物法和复合处理方法。在物理法中，有吸附法、萃取法等。吸附法有活性炭吸附、树脂吸附等。刘守新等[6]用活性炭吸附硝基苯，结果表明改性后的活性炭具有更强的吸附能力。华英杰等[7]用树脂吸附水中的硝基苯，结果表明其吸附速率快，效果好。但是活性炭价钱比较高，热再生时可能会使硝基苯类化合物爆炸，具有一定的危险性，吸附再生及使用寿命上不太理想。萃取法处理周期短，处理废水大，但是会产生二次污染。化学法有臭氧氧化、化学沉淀、铁碳微电解等。臭氧氧化因降解速率快，去除硝基苯效率比较高，但是会耗大量的电、成本相对较高，并且臭氧毒性强，溶解性较差，重复利用率不高；铁碳微电解现今广泛运用于污水厂中，其处理效果较好，但需维持较低的pH值，对工艺参数要求很高，反应完成后调整pH值后会有大量的沉淀物，并且沉淀物为危险固废，后续固废处理要求比较高。生物法能够低成本的处理硝基苯废水，但是大多数微生物只适合生存在20~500mg/L的硝基苯废水中。复合法解决了其他方法的局限性，冯建红等[8]利用活性炭和活性污泥处理硝基苯废水，去除率高达99.8%。对此，本实验设想用零价铁为主的新复合材料来有效地解决硝基苯废水问题。
1.2零价铁制备方法应用及优缺点
零价铁可以去除水中的氯化物[9]、无机阴离子[10]等，是现今环境修复广泛运用的材料。自Glavee等[11]用硼氢化钠值的零价铁开始，后续的研究者开发了一系列的零价铁制备方法。
零价铁的制备有物理法、化学法等。在物理法中，有蒸发冷凝法等。蒸发冷凝法能够制得高纯度的零价铁，但是会存在零价铁易团聚、操作存在危险性等。化学方法制备零价铁中，有液相还原法、热解羰基铁法，微乳液法等。液相还原法是将硼氢化钠和铁盐反应，生成零价铁[11]，此方法操作简单，很容易制得的零价铁，但是存在零价铁在取出过程中被氧化和团聚问题。热解羰基铁法是将羰基铁 Fe（CO）5分解，可以制得密集的零价铁，但是所选药剂有很高的毒性，不适合一般实验室操作[12]。微乳液法是将铁盐加入到微乳液中，加热后可制得分散性好的零价铁。但此方法成本较高、工艺复杂。最新的研究进展中，利用多酚类化合物代替硼氢化钠，还原FeSO4可以制得零价铁，此方法解决了硼氢化钠低毒的危害，同时也减小了多酚类化合物的生物毒性。Huang等[13]用植物提取了茶多酚化合物，用化合物制备了零价铁。
零价铁原料价格较低价格便宜、低的毒性、不会对土壤和水造成二次污染等，因它的许多优点，故可以作为一种新型的复合材料，受到了国内外专家的青睐。零价铁能去除多种有毒有害污染物，使其还原为可被生物降解的物质，国内外专家认为零价铁修复技术是最有应用潜力且无害的污染物治理技术之一。零价铁化学性质很活泼，电负性很大，电极电位E0（Fe2+/Fe）=－0.44 V[14]，具有很强的还原性，按金属活泼性顺序表，可置换出比Fe不活泼的物质并依附在铁表面，零价铁另一个化学性质为可将物质还原。20世纪80年代末，人们就开始对零价铁的研究，如后更是热门的研究方向。
零价铁的去污机理主要包括三方面：一为铁的还原作用，由于其自身的还原性决定，可将硝基苯等多种污染物还原。二为微电解作用，零价铁具有电化学特性，其电极反应的产物中［H］和 Fe2+能与废水中的很多污染物质发生氧化还原作用，从而去除污染物或者将污染物转化为可被微生物讲解的物质。三为混凝吸附作用，铁的电化学腐蚀会产生絮状 Fe（OH）2和Fe（OH）3等难溶于水的沉淀，可以吸附去除部分物质。
大量研究表明零价铁不但可以降解水体中的氯代有机物，还能还原去除重金属、硝基芳香族等多种污染物，推动了环境修复治理的发展[14]。J.A.Lackovic等[15]用零价铁除砷技术处理地下水砷污染，使As降到5um g/L。Senzaki等[16]用零价铁去除水体中的氯代有机物。但是零价铁也存在许多的问题，反应后转化的铁离子存在水中，造成二次污染，但最为重要的问题为铁的钝化问题。Cao等[17]成功制备出CuO/凹土催化剂，使得CuO不易团聚，解决了金属物质易团聚钝化问题。由此设想用凹土作为零价铁的载体，克服零价铁团聚钝化问题。
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