《弱磁場對已鈍化零價鐵除Se(IV)過程的加速作用和反應機制》是依託同濟大學，由關小紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：弱磁場對已鈍化零價鐵除Se(IV)過程的加速作用和反應機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：關小紅
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
零價鐵廣泛套用於受污染地下水修復和工業廢水處理中，但鈍化問題已成為推動零價鐵技術套用的重要障礙，如何提高已鈍化零價鐵的反應活性已成為研究的焦點，本課題提出利用弱磁場來實現已鈍化零價鐵的活化。模擬零價鐵在地下水修復和工業廢水處理中的實際反應過程，製備含有不同性質、不同鈍化膜含量的已鈍化零價鐵並進行系統地表征，以Se(IV)為目標污染物，建立弱磁場對已鈍化零價鐵除Se(IV)過程的加速程度與磁場強度、鈍化膜性質和含量之間的關係；設計連續流反應器，利用永磁鐵提供的磁場實現對已鈍化零價鐵連續除Se(IV)過程的加速；解析弱磁場對已鈍化零價鐵除Se(IV)過程中Se(IV)的價態轉化、去除機理的影響；根據電化學實驗、磁學測量、磁學軟體的計算結果和較巨觀尺度實驗的驗證，明確弱磁場在加速已鈍化零價鐵除Se(IV)過程中的作用機制。課題有望為已鈍化零價鐵提供一種有效的活化技術，破解零價鐵套用的技術難題。
結題摘要
本課題主要完成了兩部分研究。 第一，證實了弱磁場是一種具有廣闊套用前景的活化已鈍化零價鐵活性的方法。無外置弱磁場條件下，不同條件製備的老化鐵除Se(IV)的反應活性呈現不同程度的降低或升高。外置弱磁場能夠提升對應體系反應速率，提升倍數達到4.6-39.6倍。此外，進一步明確了鈍化膜性質與解鈍化所需磁場強度大小間的關係。當老化鐵表面的鈍化膜主要為Fe3O4或較薄的α-Fe2O3、γ-FeOOH時，磁場強度僅為1 mT即可恢復老化鐵去除Se(IV)的反應活性；如果鈍化膜的厚度較大且主要成分為α-Fe2O3、γ-FeOOH等，弱磁場的強度則需要2-5 mT才能有效緩解老化鐵的反應活性。 第二，探明了弱磁場強化零價鐵反應活性的作用機制。儘管前期研究已經初步明確了弱磁場強化零價鐵除污染性能的作用機制主要與洛倫茲力和磁場梯度力有關，但是這二者力在弱磁場對零價鐵活性的強化作用中到底扮演了一個什麼樣的角色仍然未知。研究發現，通過將弱磁場對零價鐵活性的強化作用分別與洛倫茲力和磁場梯度力的固有係數作相關性分析發現，弱磁場強化作用與前者無明顯關係，而與磁場梯度力的係數呈現非常明顯的線性相關。為進一步闡明弱磁場對零價鐵腐蝕活性的作用機制，利用上海光源BL08U1A和BL14W1的兩組線站對零價鐵的腐蝕行為進行了系統地表征，可以明晰弱磁場能夠使得零價鐵的腐蝕產物在零價鐵顆粒表面呈現非常明顯的非均勻的分布，而這就是源於磁場梯度力作用了順磁性離子（如Fe2+、Fe3+等），使其由磁感應強度較低的位置向磁感應強度較高的位置方向遷移。這進一步證實，弱磁場的對零價鐵反應活性的強化作用機制主要與磁場梯度力有關，而與洛倫茲力關係不大。
