泥浆反应体系中零价铁还原硝基苯的过程与机理探索

论文摘要

硝基苯是一种应用广泛的化工原料，每年约超过10，000t的硝基苯通过各种不同途径进入到环境介质中，土壤和沉积物是最终的受体，本文结合零价铁还原技术与泥浆反应器法对硝基苯污染底质进行研究。硝基苯的检测分析以正己烷为萃取剂，采用液—液萃取或液—固萃取的方式，将水相和沉积物中硝基苯的提取后，经过3000r·min-1离心分离（15min），应用气相色谱法（GC-ECD）进行定量分析，回收率在70％～80％之间。对污染底质中硝基苯释放过程研究发现，硝基苯的释放速率和释放量明显受到污染底质中硝基苯的浓度、温度和释放次数的影响，其在水相和底质中分配符合稳态非平衡模型，并且释放速度较快，在1～2h内达到硝基苯的最大释放量60％。通过对非均相体系中影响零价铁还原硝基苯因素研究发现，酸性（最佳pH值为3～4）和以及氧化还原电位值＜0情况下，零价铁对硝基苯的去除率较高，污染底质中硝基苯残留量随单位体积铁粉表面积总量增加而呈指数形态降低。在不同结构类型矿物质和胡敏酸的泥浆体系中，硝基苯去除率由高到低排列：灰漠土矿物质＞红壤矿物质＞潮土矿物质＞黑土矿物质和潮土胡敏酸＞红壤胡敏酸＞灰漠土胡敏酸＞黑土胡敏酸。非均相体系中零价铁还原硝基苯的实质为表面接触的氧化还原反应，矿物质的存在显著提高硝基苯的降解率，而Fe2+对硝基苯降解的贡献非常小。在零价铁还原硝基苯过程中，其反应动力学符合准一级方程，Eh和EC值能够动态解析硝基苯降解过程，零价铁表面形貌在反应前后发生明显的改变，其降解的主要途径为：硝基苯→亚硝基苯→羟基苯胺→苯胺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 硝基苯理化特性及环境行为
• 1.2.2 硝基苯环境污染与危害
• 1.2.3 泥浆反应器用于环境污染治理的概述
• 1.2.4 硝基苯污染控制及零价铁还原技术的研究进展
• 1.3 研究内容与技术路线
• 第2章 实验材料与分析测定方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验仪器及试剂
• 2.1.2 硝基苯污染底质的制备
• 2.1.3 典型土壤胡敏酸和矿物质的提取
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 样品基本理化性质的分析
• 2.2.2 硝基苯的分析测定
• 第3章 污染底质中硝基苯释放过程研究
• （一）实验研究方法
• （二）实验数据处理
• （三）实验结果与讨论
• 第4章 泥浆体系中零价铁还原硝基苯影响因素的分析
• 4.1 实验方法及表征手段
• 4.2 泥浆反应体系中零价铁还原硝基苯驱动因子的分析
• 4.2.1 零价铁还原硝基苯反应最佳pH值的确定
• 4.2.2 铁粉总表面积量对硝基苯降解的影响
• 4.2.3 不同氧化还原环境中零价铁还原硝基苯的研究
• 4.2.4 不同类型矿物质对硝基苯去除率的影响分析
• 4.2.5 胡敏酸（HA）对零价铁还原硝基苯影响的分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 泥浆反应体系中零价铁还原硝基苯机理的初步探索
• 5.1 实验方法
• 5.2 零价铁还原硝基苯机理研究结果与特征分析
• 5.2.1 零价铁还原硝基苯的反应动力学研究
• 5.2.2 硝基苯降解过程的Eh/EC动态解析
• 5.2.3 零价铁降解沉积物中硝基苯反应方式的研究
• 5.2.4 SEM谱图解析零价铁表面形态的变化
• 5.2.5 GC/MS谱图解析硝基苯的降解途径
• 5.2.6 数值模拟零价铁还原硝基苯的过程
• 5.3 本章小结
• 结论与建议
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加项目及发表学术论文