氯代脂肪烃(CAHs)是一类具有特殊气味的对人体和环境危害严重的人工合成有 机物,对人体的肝、肾、心血管等器官都有极强的毒害作用,以及对环境产生严重的污 染。然而作为一类重要的化工原料和有机溶剂,被广泛运用于化工领域、金属清洗、电 子拆解、农药等行业。本课题旨在以TCE、1,1,1-TCA、PCE作为代表性的CAHs,研 究负载纳米零价铁活性炭去除CAHs的可行性。采用“液相沉淀法”制备RAC过程中, 在硫酸亚铁溶液、活性炭,聚乙二醇PEG4000作为分散剂的混合溶液中,在无氧体系 中用硼氢化钠溶液还原,清洗后放入厌氧培养箱中干燥。研究表明,在选取的两种炭型 中,使用Norit HD3000作为载体炭制备而得的RAC对于CAHs的降解性能略优于使用 CalgonF400为载体的RAC,但其易碎,造成产品损失较大。验证了温度对RAC降解 CAHs的促进作用,实验中比较了三种不同温度(105、400、700)后处理RAC的降解 效果,结果显示降解速率和效果700°C〉400°C〉105°C,说明高温热处理可以大大加快 RAC对CAHs的吸附脱氯反应速率。在一定的铁含量范围内(<1.5%)纳米零价铁(ZVI) 含量越高,降解速率越快,但当ZVI负载量过大时,会阻塞更多的活性炭孔隙。因此, ZVI的负载量应有最佳负载量。RAC降解水体中的CAHs均符合准一级动力学反应模型。 当1,1,1-TCA和TCE共存于水体中时,其降解效能和速率相较于单独降解过程都有不同 程度的下降。对于不同代表性氯代烃的降解速率次序为:PCE>1,1,1-TCA>TCE。在含有 共存离子、腐植酸、共降解等环境下,RAC对于CAHs的降解均受到抑制,而不同pH 条件下并没有太大影响。经无氧超纯水中浸泡若干天后,RAC对于1,1,1-TCA和TCE 反应性能虽较新制备的RAC速率有所下降,但下降程度并不明显。 关键词:纳米零价铁,金属催化还原,RAC,CAHs 第II页 华东理工大学硕士学位报告 Feasibility study of GAC/Fe for removing the CAHs in groundwater Abstract Chlorinated aliphatic hydrocarbons (CAHs) are odorous organic compounds harmful to the environment and human health. As important industrial chemicals and organic solvents, they are widely employed in metal cleaning,electronic dissembling, and agriculture applications. The main objective of this study is to develop an effective method for preparing nano-scale zero-valent iron (ZVI) impregnated granular activated carbon (GAC) as the reactive activated carbon (RAC) to remove TCE, 1,1,1-TCA, and PCE from water. The RAC samples were prepared by the liquid phase chemical reduction coprecipitation method: after adding GAC in FeS〇4 solution (containing 0.125g/g polyethylene glycol as dispersing agent), the mixture was reduced by NaBH4 under a stream of N2, the wet GAC was then dried in anaerobic incubator, and finally heat treated (annealing). Due to its higher BET area and hardness (relative to Norit HD3000),F400 was chosen to prepare most of the RAC samples. All RAC samples removed CAHs rapidly; the optimum ZVI content was 1.1%,and the optimum dosage was 7g/L. The higher termperture annealing resulted in the faster CAH degradation rates (700。C > 400。C > 105 °C ). The CI release data show that RAC accomplished CAH removal by simultaneous adsorption and dechlorination. The TCA and TCE removal rates were reduced by the presence of sodium, calcium, sulfate and nitrate ions, humic acid, and the other CAH species; they were nearly the same under different treatment pH and declined slightly after several days soaking in de-oxygen water. The CAH degradation processes by RAC may be modeled by the pseudo-first order reaction kinetics. Keywords: nano-particle Fe(0),metal catalytic reduction, RAC, CAHs 华东理工大学硕士学位报告 第III页 目录 第1章前言 1 1.1课题背景 1 1.2研究意义与目的 1 第2章文献综述 3 2.1地下水中CAHs的来源及污染现状 3 2.1.1 地下水中CAHs的来源 3 2.1.2地下水中CAHs污染现状 3 2.2地下水中CAHs污染处理方法 4 2.2.1 tl 聰 4 2.2.2 鮮 & 5 2.2.3 生物修复法 6 2.3零价铁还原CAHs技术发展和应用 7 2.3.1零价铁技术的发展 7 2.3.2零价铁还原降解反应机理 8 2.3.3 零价铁还原技术的实际应用 8 2.4纳米零价铁体系 9 2.4.1 纳米铁金属概述 9 2.4.2纳米金属铁制备 9 2.5活性炭背景综述 10 2.5.1活性炭分类 10 2.5.2 活性炭性能指标 10 2.5.3活性炭载体的应用 11 2.6 固定化纳米零价铁体系 11 2.6.1 固定化纳米零价铁概述 11 2.6.2负载纳米零价铁活性炭制备 13 2.6.3纳米零价铁体系机理研究 13 第3章实验材料与主要仪器 15 3.1 实验药品与试剂 15 3.2 样品分析方法 16 第IV页 华东理工大学硕士学位报告 3.2.1 TCE, 1,1,1-TCA, PCE 分析方法 16 3.2.2 RAC样品测定方法 17 3.3 实验步骤 17 3.3.1不同纳米零价铁FeO含量对CAHs的还原降解 17 3.3.2不同RAC投加量对CAHs的还原降解 17 3.3.3 1,1,1-TCA 禾日 TCE 共降解 17 3.3.4不同影响因素下RAC对CAHs去除速率的影响 18 第4章纳米零价铁活性炭的表征及制备优化 19 4.1 纳米零价铁活性炭(RAC)的制备 19 4.1.1 RAC制备方法 19 4.1.2制备原理 19 4.2 RAC材料的特性表征 20 4.2.1 SEM电镜分析 20 4.2.2 XRD 分析 21 4.3 RAC对CAHs降解的有效性 21 4.4 制备RAC过程中影响因素 23 4.4.1 高温对RAC降解CAHs的影响 23 4.4.2活性炭载体对RAC降解CAHs的影响 24 4.4.3不同含量分散剂(PEG4000)的影响 29 4.5 不同Fe0含量RAC对CAHs的还原降解 29 4.5.1 1,1,1-TCA 的还原降解 30 4.5.2 TCE的还原降解 30 4.5.3 不同铁含量RAC降解CAHs动力学分析 31 4.6 本章小结 33 第5章纳米零价铁活性炭对CAHs的降解研究 34 5.1 不同RAC投加量对CAHs的还原降解 34 5.1.1 TCE降解影口向 34 5.1.2 1,1,1-TCA 降解影响 35 5.1.3不同投加量动力学分析 35 5.2 RAC降解不同CAHs的比较 36 5.2.1 不同CAHs降解比较 36 5.2.2不同CAHs降解的动力学分析 37 5.3 1,1,1-TCA与TCE共降解实验 38 5.3.1 1,1,1-TCA 和 TCE 共降解实验 38 华东理工大学硕士学位报告 第V页 5.3.2 共降解动力学分析 39 5.4共存离子对RAC还原CAHs的降解影响 40 5.4.1 TCE的还原影响 40 5.4.2 1,1,1-TCA 的还原影响 41 5.4.3共存离子下影响下动力学分析 42 5.5水体中有机质对RAC还原CAHs的降解影响 43 5.5.1 对TCE的降解影响 43 5.5.2 1,1,1-TCA 的降解影响 44 5.6 pH值对RAC降解CAHs过程的影响 44 5.6.1 1,1,1-TCA 的影响 45 5.6.2 TCE降解影响 45 5.7长效实验 46 5.8 本章小结 48 第6章结论与展望 49 6.1 誠 49 6.2不足与展望 50