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随着工业化和城市化的快速发展导致许多化学物质过度生产,而这些来自自然和人为产生的化学物质(例如重金属)一旦排入水体和环境中,就会对人类和动物具有巨大的不利影响。众所周知,Pb(II)是一种具有严重毒性的重金属,不仅对生物体具有致癌性和毒性,高浓度下还可能在降低农田生产率和增加自然流产和出生的风险。由此,水环境中Pb(II)过量问题已引起各界极大的关注。最近,纳米级零价铁(NZVI)具有高比表面积和强大的还原反应能力,因已被广泛用作环境修复材料。但是,NZVI纳米颗粒会因范德华力和磁力而聚集成大链状颗粒以及颗粒表面会生成氧化物层,进而导致反应活性差和去除效率低。因此,本研究目的要寻求一种稳定NZVI颗粒且能提高反应活性的修复技术,即负载型纳米零价铁环境修复技术。为了进一步探究改技术的适用性,本文以负载NZVI颗粒的泡沫陶瓷(NZVI/FC)为研究对象。本研究的主要内容和结果如下:(1)以具有高抗压强度、高孔隙率、大孔道等物理特性的泡沫陶瓷(FC)为载体,通过液相还原法和水热法共同制备负载型纳米零价铁(NZVI/FC)复合材料。然后采用扫描电镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对FC和吸附Pb(II)反应前后的NZVI/FC进行表征。上述的表征结果显示:FC的主要成分为Al2O3,且NZVI以球状和多边体形状成功均匀地负载在FC表面上及孔道内。NZVI是表面主要为Fe2O3和Fe3O4的铁氧化物,核为Fe0的“核-壳”结构。FC达到80.27%的孔隙率能够提供更多的微型通孔孔道用以附着更多的NZVI颗粒,且NZVI/FC的铁含量达到了20.66mg/g。(2)NZVI/FC对于Pb(II)的动态吸附实验结果表明:当溶液p H<2时,NZVI/FC对于Pb(II)的去除率随着p H降低而减小;当溶液p H>7时,NZVI/FC对于Pb(II)的去除率随着p H升高而减小;而NZVI/FC去除Pb(II)的最佳p H范围为2~7,此时的去除率较为稳定。NZVI/FC对Pb(II)的去除率在反应前期随着溶液初始浓度的增加而稳定在99.9%左右,但在到达了吸附剂的吸附临界值之后就开始下降。随着溶液流速的增大,初始浓度为80 ppm时,去除率基本维持在100%;而初始浓度为700 ppm时,也能在10分钟后去除率就达到了100%。动力学研究表明NZVI/FC吸附Pb(II)的反应过程主要受到化学反应控制,初始阶段受液膜扩散影响,而吸附快完成时则由颗粒内扩散起决定作用。热力学研究中吸附等温模型的拟合和相关热力学参数显示,NZVI/FC吸附Pb(II)的过程是吸热反应且自发进行。(3)吸附Pb(II)反应后,NZVI/FC的表面由颗粒状变成了片状结构,主要成分为纤铁矿(γ-Fe OOH),且在其表面测出的铅元素表明Pb(II)被吸附固定于NZVI/FC表面。在吸附过程中,Pb(II)通过与Na+进行离子交换反应和表面络合形成微沉淀的形式被去除,而微沉淀主要有[Pb SO4·2Pb CO3·Pb(OH)2]和Pb3O4形式。本文揭示了一种NZVI/FC复合材料吸附重金属Pb(II)的机理,并建立了吸附动力学、吸附热力学和材料表征等方法,对进一步优化该材料用于去除重金属方面的污染物具有重要的意义。