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納米零價(jià)鐵為處理水中重金屬和含氯有機(jī)物污染提供了新途徑。《包裹型納米零價(jià)鐵的制備與應(yīng)用》主要介紹了水中重金屬和含氯有機(jī)污染物的現(xiàn)狀，納米零價(jià)鐵的性能及應(yīng)用狀況；流變相反應(yīng)在制備納米材料中的應(yīng)用；包裹型納米零價(jià)鐵的制備與表征；重點(diǎn)介紹了包裹型納米鐵在處理水中重金屬和含氯有機(jī)物以及復(fù)合污染物中的還原反應(yīng)的機(jī)理、影響因素等；多孔陶粒負(fù)載納米零價(jià)鐵處理含磷廢水等內(nèi)容。本書(shū)可供從事環(huán)境科學(xué)與工程、材料工程、化學(xué)和化工等專業(yè)的高校師生使用，也可供從事環(huán)境污染治理和材料研究等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員和技術(shù)人員參考。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的全球化，環(huán)境污染也日益呈現(xiàn)出國(guó)際化的趨勢(shì)，全球性的環(huán)境污染和能源短缺引起了世界各個(gè)國(guó)家的廣泛關(guān)注。種類繁多、有毒且難降解的污染物嚴(yán)重威脅著人類的身體健康與生存環(huán)境。其中，水資源污染、短缺給經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，而重金屬?gòu)U水又是最大的污染源之一。重金屬毒性強(qiáng)、不可生物降解而且可在水體或動(dòng)植物中富集，目前已經(jīng)嚴(yán)重威脅著環(huán)境。重金屬?gòu)U水存在于各個(gè)行業(yè)中，如金屬加工、電鍍、塑料以及顏料的制備等生產(chǎn)過(guò)程中，未經(jīng)處理的重金屬?gòu)U水排放給環(huán)境和人類生活帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。因此，有毒重金屬?gòu)U水的修復(fù)治理迫在眉睫。水體的有機(jī)物污染在我國(guó)也很嚴(yán)重，有些水域環(huán)境的污染甚至已經(jīng)威脅到人們身體健康及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。含氯有機(jī)物在水體中常見(jiàn)的二十多種有機(jī)污染物中占了將近一半，其中三氯乙烯（trichloroethylene，TCE）是最常見(jiàn)的有機(jī)污染物。由于疏水性和難降解的特點(diǎn)，TCE能在生物圈中不斷地富集，成為水系和土壤中常見(jiàn)的污染物。自從Ginham和OHannesinl提出金屬鐵屑可以用于地下水的原位修復(fù)以來(lái)，用納米零價(jià)鐵(nanoscale zero-valent iron-NZVI)金屬促進(jìn)還原污染物已經(jīng)成為一個(gè)非常活躍的研究課題。可滲透反應(yīng)墻(PRB)地下水原位修復(fù)技術(shù)的出現(xiàn)，更是促進(jìn)了NZVI還原技術(shù)的快速發(fā)展。納米零價(jià)鐵顆粒因其粒徑小，顆粒具有較大的比表面積和表面能，具有優(yōu)越的吸附性能和還原活性，已成為地下水原位修復(fù)中非常有效的反應(yīng)介質(zhì)材料，在環(huán)境污染修復(fù)中得到廣泛的應(yīng)用。目前，納米鐵粒子制備的方法比較多，有蒸發(fā)凝聚法、熱等離子法、高能球磨法、固相還原法、液相還原法等。其中，液相還原法應(yīng)用較多，其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但該方法在制備過(guò)程中需要惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，大大增加了制備的難度和成本。因此，找出一種簡(jiǎn)單高效的制備方法顯得十分必要。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究首次采用流變相反應(yīng)法，以大分子有機(jī)物瓊脂、羧甲基纖維素（CMC）和水溶性淀粉，環(huán)境友好型礦物高嶺土（kaolin）、膨潤(rùn)土(bentonite)、沸石(zeolite)、分子篩及紫葉小檗樹(shù)葉提取液合成了包裹型納米零價(jià)鐵，采用多孔陶粒負(fù)載納米零價(jià)鐵制備出更具應(yīng)用前景的復(fù)合材料，并通過(guò)X射線粉末衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）等對(duì)所制得的樣品形貌、結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行表征；考察了其對(duì)重金屬Cr(Ⅵ) 、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、As(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的還原去除性能；以及采用多孔陶粒負(fù)載納米零價(jià)鐵處理含磷廢水，探討了其反應(yīng)所符合的動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)機(jī)理；考察了其對(duì)三氯乙烯(trichloroethylene，TCE)、三氯甲烷(trichloromethane，TCM)、四氯化碳（carbon tetrachloride，CTC）及混合廢水Pb(Ⅱ)- TCM和Ni(Ⅱ)-TCE的還原去除能力，以及對(duì)磷的物理吸附、配位體交換反應(yīng)及化學(xué)沉淀反應(yīng)等進(jìn)行了較深入的研究。本書(shū)得以順利出版，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持，同時(shí)得到了景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)在經(jīng)費(fèi)方面的支持。本書(shū)大部分研究成果是由景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)研究生蘇曉淵、郭磊、焦創(chuàng)、樊文井、范小豐、余淑珍、潘順龍等完成。諶怡雯、余宏偉、吳新運(yùn)、呂美玲、張素華、武浪、郭文婷、孫曉燕、寧清和歐陽(yáng)智等在文字校對(duì)和圖表整理方面做了大量工作，在此表示衷心感謝。本書(shū)引用了部分書(shū)刊的資料、文獻(xiàn)，在此向所引用參考文獻(xiàn)的作者致以謝意！成岳2017年10月

0概述

0.1水體污染嚴(yán)重性001

0.2納米零價(jià)鐵處理技術(shù)的應(yīng)用001

0.3納米零價(jià)鐵在應(yīng)用中存在的問(wèn)題002

0.3.1鐵的鈍化002

0.3.2NZVI的團(tuán)聚和沉淀002

0.3.3鐵自身毒性及納米毒性003

0.3.4降解中間產(chǎn)物的毒性風(fēng)險(xiǎn)003

0.3.5回收難003

0.4提高反應(yīng)活性的常用方法003

0.4.1有機(jī)分散劑改性003

0.4.2雙/三金屬?gòu)?fù)合改性004

0.4.3負(fù)載型NZVI材料004

0.4.4其他技術(shù)輔助004

0.5納米零價(jià)鐵制備技術(shù)005

參考文獻(xiàn)006

1水中重金屬和含氯有機(jī)物的污染與處理

1.1水污染及水中重金屬的污染現(xiàn)狀及危害007

1.2水體中重金屬污染來(lái)源危害與處理技術(shù)008

1.2.1六價(jià)鉻的來(lái)源、危害與處理技術(shù)008

1.2.2鉛污染來(lái)源、危害與處理技術(shù)010

1.2.3砷污染來(lái)源、危害與處理技術(shù)011

1.2.4銅污染來(lái)源、危害與處理技術(shù)013

1.2.5鎳污染來(lái)源、危害與處理技術(shù)013

1.3含氯有機(jī)污染物的來(lái)源、危害與處理技術(shù)014

1.3.1含氯有機(jī)污染物的來(lái)源、危害014

1.3.2脫氯技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀015

1.4納米零價(jià)鐵應(yīng)用于水污染修復(fù)016

1.4.1納米零價(jià)鐵概述016

1.4.2納米零價(jià)鐵在環(huán)境中的應(yīng)用018

1.4.3納米零價(jià)鐵在重金屬修復(fù)方面的應(yīng)用018

1.4.4納米零價(jià)鐵降解含氯有機(jī)物的應(yīng)用019

1.4.5納米零價(jià)鐵與重金屬和含氯有機(jī)物反應(yīng)的機(jī)理研究020

1.5納米零價(jià)鐵的制備方法025

1.5.1納米零價(jià)鐵的結(jié)構(gòu)性質(zhì)025

1.5.2納米零價(jià)鐵的制備與改性026

參考文獻(xiàn)028

2流變相反應(yīng)法制備納米材料

2.1流變相反應(yīng)031

2.1.1流變相反應(yīng)的概念031

2.1.2流變相反應(yīng)方法的特點(diǎn)032

2.1.3流變相反應(yīng)原理及工藝032

2.1.4流變相反應(yīng)方法的開(kāi)發(fā)過(guò)程033

2.2流變相反應(yīng)方法的分類033

2.2.1流變相反應(yīng)以水為介質(zhì)033

2.2.2有機(jī)溶劑作為流變相反應(yīng)介質(zhì)034

2.3流變相反應(yīng)的應(yīng)用034

2.3.1單晶材料034

2.3.2元素金屬034

2.3.3金屬氧化物035

2.3.4金屬有機(jī)鹽036

2.3.5高級(jí)電極材料036

2.4通過(guò)流變相反應(yīng)法制備納米材料及其應(yīng)用037

2.4.1微納米鎳037

2.4.2納米零價(jià)鐵粒子040

2.4.3ZnO納米顆粒的制備041

2.4.4納米晶體尖晶石型氧化物043

2.4.5Tb3 摻雜的發(fā)光鋅046

2.4.6負(fù)溫度系數(shù)陶瓷材料049

2.4.7固有導(dǎo)電聚合物(ICP)051

2.4.8鋰電池正極材料LiFePO4055

2.5使用流變相反應(yīng)法需要注意的事項(xiàng)058

參考文獻(xiàn)059

3包裹型納米零價(jià)鐵的制備與表征

3.1有機(jī)物包裹納米零價(jià)鐵的制備與表征063

3.1.1主要試劑和儀器設(shè)備063

3.1.2樣品的合成063

3.1.3測(cè)試與表征066

3.1.4結(jié)果與討論066

3.2礦物包裹納米零價(jià)鐵的制備074

3.2.1包裹型納米零價(jià)鐵的制備074

3.2.2表征分析074

3.3分子篩包裹納米零價(jià)鐵的制備076

3.3.1MCM-22/NZVI的制備076

3.3.2MCM-41/NZVI的制備079

3.3.3MCM-48/NZVI的制備081

3.4綠色合成納米零價(jià)鐵085

3.4.1紫葉小檗樹(shù)葉提取液綠色合成納米零價(jià)鐵086

3.4.2茶葉提取液制備納米零價(jià)鐵089

參考文獻(xiàn)092

4包裹型納米零價(jià)鐵去除水中重金屬離子的研究

4.1Cu2 的處理研究094

4.1.1NZVI對(duì)廢水中Cu2 的去除效果095

4.1.2Agar-NZVI對(duì)廢水中Cu2 的去除效果097

4.1.3CMC-NZVI對(duì)廢水中Cu2 的去除效果099

4.1.4Starch-NZVI對(duì)廢水中Cu2 的去除效果102

4.1.5包裹型納米零價(jià)鐵去除Cu2 的反應(yīng)機(jī)理104

4.2Cr(Ⅵ)處理試驗(yàn)研究104

4.2.1Agar-NZVI對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除效果105

4.2.2CMC-NZVI對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除效果111

4.2.3Starch-NZVI對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除效果116

4.2.4包裹型納米零價(jià)鐵去除Cr(Ⅵ)的反應(yīng)機(jī)理120

4.2.5MCM-41/NZVI處理含鉻廢水121

4.3Pb(Ⅱ)處理研究124

4.3.1包裹型的納米零價(jià)鐵去除Pb(Ⅱ)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)125

4.3.2MCM-22/NZVI對(duì)含Pb(Ⅱ)廢水的處理129

4.3.3茶葉提取液制備納米零價(jià)鐵去除Pb(Ⅱ)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)133

4.4水中砷(As)的處理試驗(yàn)研究136

4.4.1實(shí)驗(yàn)所需藥品和儀器136

4.4.2實(shí)驗(yàn)步驟137

4.4.3結(jié)果分析與討論138

4.4.4反應(yīng)產(chǎn)物回收140

4.4.5機(jī)理分析140

4.5鐵粉去除電鍍廢水中鋅鎘離子的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究141

4.5.1試驗(yàn)141

4.5.2分析與討論142

參考文獻(xiàn)149

5包裹型納米零價(jià)鐵降解水中含氯有機(jī)物的研究

5.1降解水中TCE151

5.1.1實(shí)驗(yàn)材料及儀器151

5.1.2TCE降解試驗(yàn)152

5.1.3Agar-NZVI對(duì)水中TCE的脫氯效果153

5.1.4CMC-NZVI對(duì)水中TCE的去除效果154

5.1.5Starch-NZVI對(duì)水中TCE的去除效果155

5.1.6反應(yīng)動(dòng)力學(xué)157

5.1.7反應(yīng)后產(chǎn)物的SEM和EDS分析160

5.1.8包裹型納米零價(jià)鐵去除TCE的反應(yīng)機(jī)理162

5.2降解地下水中三氯甲烷163

5.2.1TCM降解柱實(shí)驗(yàn)163

5.2.2CMC-NZVI對(duì)水中TCM的去除效果164

5.2.3Agar-NZVI對(duì)水中TCM的去除效果165

5.2.4Starch-NZVI對(duì)水中TCM的去除效果166

5.2.5NZVI對(duì)水中TCM的去除效果167

5.2.6反應(yīng)機(jī)理169

5.3紫葉小檗樹(shù)葉提取液綠色合成納米零價(jià)鐵對(duì)地下水中CTC的去除效果169

5.3.1初始濃度對(duì)CTC去除率的影響170

5.3.2pH值對(duì)CTC去除率的影響170

5.3.3投加量對(duì)CTC去除率的影響170

5.3.4反應(yīng)動(dòng)力學(xué)171

5.3.5反應(yīng)機(jī)理172

參考文獻(xiàn)173

6包裹型納米零價(jià)鐵去除水中重金屬-含氯有機(jī)物

6.1去除水中Ni2 -TCE的研究174

6.1.1實(shí)驗(yàn)材料及儀器174

6.1.2Ni2 -TCE的去除試驗(yàn)175

6.1.3包裹型納米零價(jià)鐵對(duì)水中Ni2 -TCE的去除效果176

6.1.4反應(yīng)機(jī)理探討178

6.2CMC包裹納米零價(jià)鐵處理水中三氯甲烷和鉛正交試驗(yàn)179

6.2.1儀器與藥品179

6.2.2TCM和鉛降解正交試驗(yàn)方法179

6.2.3TCM和鉛離子的測(cè)定180

6.2.4結(jié)果分析與討論181

6.2.5最優(yōu)條件下對(duì)三氯甲烷和鉛的降解試驗(yàn)185

6.2.6三氯甲烷和鉛的降解機(jī)理分析185

參考文獻(xiàn)186

7包裹型納米鐵處理染料廢水

7.1包裹型納米鐵降解活性艷藍(lán)(KN-R)187

7.1.1活性艷藍(lán)(KN-R)簡(jiǎn)介187

7.1.2實(shí)驗(yàn)方法187

7.1.3CMC-NZVI對(duì)活性艷藍(lán)脫色率的影響188

7.1.4釋放效果探索190

7.1.5CMC-NZVI處理活性艷藍(lán)吸附動(dòng)力學(xué)研究191

7.1.6CMC-NZVI對(duì)KN-R的脫色機(jī)理192

7.2MCM-48/NZVI處理亞甲基藍(lán)染料193

7.2.1亞甲基藍(lán)193

7.2.2亞甲基藍(lán)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線193

7.2.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)193

7.2.4正交試驗(yàn)結(jié)果分析194

7.2.5MCM-48/NZVI降解亞甲基藍(lán)染料的機(jī)理探討194

參考文獻(xiàn)196

8多孔陶粒負(fù)載納米零價(jià)鐵處理含磷廢水

8.1多孔陶粒負(fù)載納米零價(jià)鐵的概述197

8.2含磷廢水198

8.2.1磷的來(lái)源及危害198

8.2.2磷的去除方法198

8.3多孔陶粒199

8.3.1多孔陶粒的應(yīng)用199

8.3.2多孔陶粒的除磷機(jī)制200

8.4試驗(yàn)內(nèi)容200

8.4.1試驗(yàn)原理200

8.4.2試驗(yàn)的原料及藥品200

8.4.3試驗(yàn)所用的儀器和設(shè)備201

8.4.4試驗(yàn)過(guò)程201

8.4.5磷酸鹽的測(cè)定方法202

8.4.6靜態(tài)吸附試驗(yàn)203

8.4.7多孔陶粒負(fù)載納米鐵處理含磷廢水的試驗(yàn)203

8.4.8表征與性能分析204

8.4.9陶粒的再生204

8.5結(jié)果分析與討論204

8.5.1靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)研究204

8.5.2柱高(填充率)對(duì)磷去除率的影響206

8.5.3初始濃度對(duì)磷去除率的影響206

8.5.4溶液的pH值對(duì)去除率的影響207

8.5.5樣品分析208

8.6多孔陶粒負(fù)載納米零價(jià)鐵的除磷機(jī)制211

8.7結(jié)論212

參考文獻(xiàn)212

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