地下水中重碳酸盐对零价铁还原硝基苯影响的研究

【摘要】重碳酸盐是地下水中的主要阴离子，零价铁处理污染物的过程中，体系pH值升高，使碳酸平衡体系产生更多地CO32-，碳酸盐相较于地下水中其他离子更易与铁结合生成沉淀，零价铁表面的沉淀物主要有铁氧化物，羟基氧化物，氢氧化物，碳酸亚铁及碱式碳酸亚铁等，因此重碳酸盐对零价铁表面沉淀物种类的影响不容忽视，这些物质附着在零价铁表面对污染物的还原存在一定的影响，零价铁表面腐蚀中间产物对污染物是否具有还原能力的研究对维持Fe0-PRB长期稳定运行有重要的意义。本文以硝基苯为目标污染物，考察不同浓度重碳酸盐（0mg/L、100mg/L、300mg/L、500mg/L和800mg/L）对零价铁活性及表面沉淀物种类的影响，选取氢氧化亚铁（Fe(OH)2），碳酸亚铁（FeCO3）和碱式碳酸亚铁（Fe2(OH)2CO3）做为代表性的零价铁腐蚀中间产物，进行了三种物质的合成条件研究，并探讨了其对硝基苯的还原能力，结果表明：（1）重碳酸盐浓度在100-500mg/L时，对零价铁还原硝基苯有促进作用，且促进作用随着重碳酸盐浓度的升高而增强；重碳酸盐浓度达到800mg/L时，不利于零价铁对硝基苯的还原。经X射线衍射分析，500mg/L重碳酸盐体系的沉淀物成分主要为Fe3O4和FeOOH；800mg/L反应体系中检测到的成分有Fe3O4、Fe0、Fe2O3和FeOOH，产物种类及数量明显多于500mg/L体系。表明重碳酸盐浓度会影响零价铁表面沉淀物的种类及数量，高浓度的重碳酸盐会生成更多的沉淀，导致零价铁与硝基苯之间的电子转移受阻，硝基苯还原效果变差。但体系中没有检测到铁的碳酸盐沉淀，在固体分析、样品准备过程中可能产生了铁氢氧化物和碳酸盐的氧化分解。2）在R=1.1，R′=0.7及R=1.1，R′=0.9两种比例下均可以制备出Fe2(OH)2CO3，且产物中无其它种类铁的化合物。按照反应平衡条件，求出了Fe2(OH)2CO3的标准生成吉布斯自由能为-1151KJ/mol；以Fe2(OH)2CO3的标准生成吉布斯自由能为基础，完成了Fe-C-H2O体系Eh-pH图的绘制。Fe(OH)2在pH＞11，Eh＜-500mV时能稳定存在；Fe2(OH)2CO3稳定场区域的pH值在7.86～10.22，Eh值在-730mV～-390mV之间；FeCO3的稳定场区域为6＜pH＜11，Eh＞-750mV。Fe2(OH)2CO3稳定场区域镶嵌于FeCO3稳定场内部，随着pH值得降低，Fe2(OH)2CO3更容易转化为FeCO3。3）Fe(OH)2，Fe2(OH)2CO3，FeCO3对硝基苯均有一定的还原能力，反应进行至400h，硝基苯去除率分别为71.49%、57.31%、48.94%，硝基苯还原反应速率由大到小依次为Fe(OH)2、Fe2(OH)2CO3、FeCO3，反应速率常数分别为0.003mg/(Lh)、0.002mg/(Lh)、0.001mg/(Lh)。通过对反应体系沉淀物进行X射线衍射分析，发现Fe(OH)2体系沉淀物成分为Fe3O4和FeOOH；Fe2(OH)2CO3体系沉淀物成分为FeOOH；FeCO3体系沉淀物主要为FeOOH及未反应的FeCO3。
【作者】张娜；
【导师】洪梅；
【作者基本信息】吉林大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】重碳酸盐；零价铁；腐蚀中间产物形成条件；还原能力；

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