基本信息
- 項目名稱：
- PBTCA穩(wěn)定納米鐵的制備及消除重金屬污染的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本項目以解決我國中低濃度重金屬廢水治理所面臨的問題為目標，以納米科學的前沿研究成果為基礎，集中納米、環(huán)境、化學等優(yōu)勢力量，開展學科交叉研究。本課題針對水中重金屬污染物難以去除問題，研究單分散納米零價鐵材料的生產(chǎn)及制備方法，考察產(chǎn)品性能并對其進行多種手段表征及分析，在此基礎上，研究和分析其在重金屬污染水體修復中的可行性和作用機制，最終實現(xiàn)改善廢水水質(zhì)和恢復生態(tài)。
- 詳細介紹：
- 本研究以納米科學的前沿研究成果為基礎，集中納米、環(huán)境、化學等優(yōu)勢力量，開展學科交叉研究，是近年來國內(nèi)外學者的研究熱點之一。 (1)首次使用工業(yè)中常用阻垢緩蝕劑2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸（簡稱PBTCA）作為納米鐵制備過程中的分散劑。PBTCA由于具有多個羧基及羥基，在納米鐵晶核成長、團聚過程中，既可借助空間位阻效應防止做布朗運動的粒子靠近,又可通過靜電位阻穩(wěn)定分散機理，利用聚合物分子層通過本身所帶的電荷排斥周圍的粒子產(chǎn)生復合穩(wěn)定作用，生產(chǎn)高分散性納米鐵微粒。 (2)首次合成并利用XRD、SEM、TEM等準確表征了PBTCA穩(wěn)定納米鐵的形貌及粒徑組成，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定后納米鐵團聚程度明顯降低，納米鐵微粒粒徑由原來的平均200nm下降到平均60-70nm，且組成成分未發(fā)生改變，僅由體心立方相（bcc鐵）鐵組成。 (3)利用PBTCA穩(wěn)定納米鐵對水中重金屬Cr6+進行處理后發(fā)現(xiàn)，去除率比穩(wěn)定分散前提高10%—20%，是一種極具吸引力的新型環(huán)境修復材料。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：(1)對納米鐵顆粒進行單分散穩(wěn)定，改進納米鐵材料目前存在的易團聚、易氧化兩大關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)納米鐵材料的高分散性，抗氧化性性能。(2)穩(wěn)定后納米鐵材料應用于重金屬廢水治理中，揭示納米鐵材料與重金屬污染物作用機制及相關(guān)性。基本思路：(1)設計與制備新型納米鐵材料，考察制備的納米鐵材料對水中典型重金屬污染物的去除效果和抗干擾能力。(2)揭示納米鐵材料與不同種類重金屬水污染物的作用機制。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：本研究集中納米、環(huán)境、化學等優(yōu)勢力量，開展學科交叉研究，是研究熱點之一；本研究對于新型環(huán)境功能材料開發(fā)具有積極意義。 獨特之處：首次使用PBTCA作為納米鐵制備過程中的分散劑；多種測試顯示穩(wěn)定后納米鐵團聚程度明顯降低；利用PBTCA穩(wěn)定納米鐵對水中Cr(VI)處理后發(fā)現(xiàn)，去除率比穩(wěn)定分散前提高10%—20%。
應用價值和現(xiàn)實意義
- （1）通過單分散納米鐵微粒的可控制備為解決納米鐵顆粒的團聚問題提供一定的理論意義。 （2）本研究的設計思路對穩(wěn)定納米鐵生產(chǎn)中分散劑的選擇提供一定的理論依據(jù)。以本研究為基礎發(fā)表的論文將會豐富本研究領域的內(nèi)容。 （3）本研究所采用的原料價格便宜，所以對廉價、新穎的功能材料的開發(fā)也具有積極意義。
學術(shù)論文摘要
- 為改進污水治理技術(shù)，以控制或修復污染水體中的Cr(VI)，由硼氫化物還原法制備納米級Fe0。通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）等測試手段對所制備的納米級Fe0顆粒進行表征。以Cr(VI)為研究對象，批實驗考查了納米級Fe0投加量、pH值、溫度、及Cu2+存在下對Cr(VI)去除率的影響。其結(jié)果表明：當Fe0投加量為0.02g、pH=8、溫度為30℃時，納米級Fe0對1.0-40.0mg/L Cr(VI)去除率均達到95%以上；Cu2+存在會抑制Cr(VI)的去除。實驗結(jié)果顯示，納米級Fe0能快速的去除水體中的Cr(VI)；其投加量、pH值、溫度是影響Cr(VI)的去除的主要因素，數(shù)據(jù)表明零價納米鐵在含鉻廢水領域具有較好的應用前景。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 1.申報作品－自然科學類學術(shù)論文一篇 題 目：PPTCA穩(wěn)定納米鐵的制備及處理水中鉻的研究 2.遼寧省科學技術(shù)情報研究所科技查新報告。 3.實物照片
參考文獻
- [1]劉鳳蓮.零價鐵脫除水中六價鉻的實驗研究[J].環(huán)境與健康雜志, 2009,26(2):139-141. [2]郝華.我國城市地下水污染現(xiàn)狀及其基本對策[C].2003年中國環(huán)境資源法學研討會論文集,2003,317-320. [3]孫景云.地下水飲用水源地的保護[J].環(huán)境科學,1996,17(5):20-24. [4]肖華文.中國的水資源危機.城鄉(xiāng)建設.2004,9:11-25.
同類課題研究水平概述
- 納米技術(shù)是在20世紀80年代發(fā)展起來的。近年來納米技術(shù)在環(huán)境科學領域獲得了廣泛的應用,給環(huán)境污染現(xiàn)象的微觀過程與機理研究注入了新的活力。納米材料由于粒徑小、比表面積大、活性強等特性，能有效去除環(huán)境中許多用常規(guī)化學方法或微生物法難降解的污染物，在治理廢水及地下水的原位修復中已逐漸體現(xiàn)出優(yōu)勢來。但由于納米零價鐵自身存在磁性，顆粒間容易聚集成團，導致比表面積大大減小，反應活性相應降低，失去其作為納米材料所具有的特異性能；另外一方面，由于納米鐵顆粒粒徑極小，只有1-100nm，在空氣中存在極易發(fā)生氧化甚至引起自燃，導致目前對于納米零價鐵的應用都是現(xiàn)用現(xiàn)制，嚴重限制了其大面積推廣使用。鑒于以上問題，研究新型零價納米鐵材料的制備合成就成為必須、必要而且亟待解決的問題。 在納米材料的可控合成方面，Ai等用自制鐵-α三氧化二鐵核-殼結(jié)構(gòu)納米線去除水體中六價鉻，實驗表明該結(jié)構(gòu)納米線只適用于處理低濃度含鉻廢水。Zhang等用浸漬法制備Pd/Fe顆粒,作還原劑和催化劑可去除水中的含氯有機物,同時還能轉(zhuǎn)化其他污染物如一些負離子(硝酸根離子、重鉻酸根離子)、重金屬(鎳離子、汞離子)、放射性污染物等。另外還用鐵粉、市售的鐵粉做對比實驗,發(fā)現(xiàn)Pd/Fe顆粒明顯優(yōu)于鐵粉和市售鐵粉。Y.Xu等用Fe/Ag雙金屬顆粒對氯苯的降解進行了研究。首先用硼氫化鈉還原硫酸鐵得到納米鐵粉,然后使銀離子沉積在新制備的納米鐵粉上,得到納米Fe/Ag雙金屬顆粒，可有效降解六氯苯、五氯苯和四氯苯。Fe/Ag能完全替代Pd/Fe,用于氯苯和多氯聯(lián)苯的降解。H.L.Lien等用3種顆粒進行了對比實驗:納米Fe、納米Pd/Fe和常規(guī)Fe。結(jié)果表明:Pd/Fe納米顆粒能快速降解四氯化碳和三氯甲烷;同樣條件下,納米鐵和常規(guī)鐵的降解速度要慢得多。 朱慧杰等以活性炭為載體制備了負載型納米鐵，用于去除飲用水中As（Ⅲ），結(jié)果不僅吸附容量增大，吸附速率提高，而且吸附達平衡后對吸附劑進行再生，效果良好，沒有發(fā)現(xiàn)吸附劑破損，表明吸附劑具有良好的耐磨性和機械強度，具有很好的應用前景。 綜上所述，盡管納米鐵材料在環(huán)境修復領域已經(jīng)取得了很大的突破，但由于其自身存在的易氧化、易團聚等瓶頸問題，使其大面積使用嚴重受限。降低經(jīng)濟成本、開發(fā)新型納米鐵材料，推動其在環(huán)境領域的應用是目前首要工作。
