炭载纳米零价铁的制备及其在污染场地原位修复中的应用研究

作     者：鲁涛涛 

作者单位：北京石油化工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：桑义敏;宋权威

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 0815[工学-水利工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：纳米零价铁 生物炭 负载改性 场地原位修复 

摘      要：近年来,在石油行业等引起的环境污染修复过程中,绿色可持续的原位修复技术备受青睐。纳米零价铁(nZVI)因其特有的表面效应、较强的还原性,在污染场地的原位修复领域具有巨大的应用潜力,在环境领域得到广泛研究。本文系统开展了nZVI改性材料的制备、验证与应用研究,研究工作将有助于推动铁基材料在污染场地原位修复领域的进一步应用。本研究首先采用电爆法合成nZVI,通过浸渍物理沉淀法负载到斯列普改性生物炭(SAC)上,成功制备了炭载纳米零价铁材料(SAC-nZVI)。SEM结果表明nZVI成功负载到SAC上。nZVI平均粒径为80-100 nm,EDS进一步验证了元素分布的均匀性。XRD图谱表明,SAC经过高温活化炭结构出现无序化,有发达的孔隙结构形成,并产生乱层类石墨结构中微晶(002)晶面,高纯度的nZVI以α-Fe形态(110)存在于SAC表面及孔内,SAC-nZVI的比表面积为243.74 m/g。其次,开展了复合纳米材料在六价铬(Cr(VI))和三氯乙烯(TCE)污染地下水模拟修复实验,系统研究了污染物的去除效果及动力学分析。SAC-nZVI能有效分散nZVI,充分发挥材料的吸附/还原双重作用。材料投加量越大,污染物的初始浓度越低,材料与污染物接触率越高,去除效果越好。最后,开展了高压旋喷原位化学氧化修复实验,选取萘作为特征污染物,其在3.8～6.5 m深度浓度超过400 mg/kg。修复实验表明,SAC-nZVI能使Fe的稳定释放,延长稳定反应时间约8 h。旋喷后48 h,SAC-nZVI组平均萘修复值为358.6 mg/kg。