《負載型納米鐵氧化吸附去除飲用水中As(III)的套用基礎研究》是依託南京大學，由張煒銘擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：負載型納米鐵氧化吸附去除飲用水中As(III)的套用基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張煒銘
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
負載型納米鐵氧化吸附去除飲用水As(III)的技術及原理是飲用水安全保障領域的熱點研究課題之一。本項目針對我國飲用水As(III)污染治理難題，擬設計和製備樹脂基納米零價鐵和氧化鐵新型除砷複合材料，剖析功能載體－納米顆粒相互作用對複合材料結構調控、構效機制和失效過程的影響，闡明複合材料對As(III)的催化氧化-絡合吸附-離子交換協同去除機制；在此基礎上，考察水體特徵因子對複合材料除砷性能的影響規律，開發基於樹脂基納米鐵和溶解氧的飲用水高效除砷技術，評估該技術的廣譜淨化性能、化學和生物安全性，為砷污染控制和飲用水安全保障提供理論參考和技術支持。
結題摘要
受地球化學及人為因素的影響，地下水中的砷污染影響了全世界數百萬人的健康。地下水砷污染控制及修復技術的開發與套用已成為水污染控制領域的熱點研究課題。基於零價鐵（ZVI）的氧化吸附同步去除技術被認為是極具潛力的砷污染控制技術之一，但分散型納米鐵存在易團聚、難分離、且難以高效去除氧化產物等問題。本研究將ZVI負載於大孔陰離子交換樹脂D201上，製備出納米複合材料D201-ZVI，研究了其在含O2和H2O2體系中對水體As(III)的去除性能和內在機理，初步闡明了複合材料中ZVI的空間分布和老化對其去除As(III)的影響，為水中As(III)的去除及同類ZVI複合材料性能的改進提供了一定的理論依據和技術支持。 研究結果表明，D201-ZVI對水中的As(III)和As(V)均具有較好的去除效果。根據Langmuir模型擬合出的最大吸附容量分別為121 mg/g和125 mg/g。D201-ZVI對As(III)的去除隨著溶液pH的變化而變化。H2O2的加入能加速As(III)的氧化去除，pH對這一體系的影響較大。初步揭示了D201-ZVI/H2O2體系氧化As(III)的過程是非芬頓反應，可能是通過Fe[IV]/Fe[II]循環過程的一系列2e-轉移直接將H2O2轉化為H2O和O2。複合材料中ZVI分布越均勻，As(III)去除速率越快、效率越高。隨著老化時間由24 h增加到96 h，Fe元素的分布幾乎沒有變化，但Fe(0)逐漸消失，鐵氧化物逐漸增多，分布在球形顆粒外圍環狀區域的ZVI氧化更加明顯。隨著老化時間增加，複合材料去除As(III)的效率逐漸下降，以外圍分布為主的複合材料性能下降尤其明顯。在研究除砷性能的基礎上，用XPS等分析手段進一步探討了D201-ZVI在含O2體系中對As(III)的去除機制。D201-ZVI去除As(III)包括兩個過程：As(III)氧化為As(V)以及As(V)的吸附去除，即在O2條件下，ZVI的不斷腐蝕不僅可以將As(III)氧化為As(V)，還可以為砷的吸附提供更多的表面位點。此外，由於D201具有良好的As(V)吸附能力，新形成的As(V)並沒有殘留在溶液中而是通過與季氨基團的靜電作用被去除。大孔離子交換樹脂D201，不僅起到對ZVI的擔載作用，同時還起到ZVI分散劑及As(V)吸附劑的作用。
