浅析废水亚硝酸盐去除工艺分析
亚硝酸盐广泛存在于地下水和地表水中,造成水体亚硝酸盐污染的主要原因是过量化肥的使用,以及动物粪便、生活污水和工业废水的不合理处置等。研究表明,饮用含有亚硝酸盐的水会对人体产生毒害作用,长期饮用会导致癌症发病率的提高 。目前去除废水中亚硝酸盐最普遍的方法是采用生物处理,但是生物处理工艺存在多种缺陷,如去除率低、去除周期较长和需要添加其他有机物质等问题,这往往会造成二次污染等问题 。近几年,纳米铁由于具有比表面积大、吸附性能优良和反应活性高等特点常应用于处理环境中的染料、磷酸盐等污染物。
已有研究表明,Fe0 可以有效的去除水中的亚硝酸盐。传统合成纳米铁的方法是化学合成法,此方法虽然能合成纯度较高的纳米铁,但在合成过程中需要使用一些有毒的化学物质,存在二次污染等问题 。目前,植物叶片的提取液开始应用于制备纳米铁材料,其基本的原理是利用提取液中的黄酮、蛋白质和咖啡因等活性物质将金属铁盐还原为纳米铁 ,本课题组利用桉树提取液(EL)绿色合成纳米氧化铁颗粒(IONP)与传统的化学方法相比,可有效的避免有毒的化学物质使用,具有环境友好性,而且桉树提取液中的无还原作用的有机物可以对合成的纳米铁系材料覆盖包裹,可以有效的防止材料被氧化 ;此外,目前绿色合成纳米铁多采用茶叶的提取液 ,相比于茶叶,桉树叶具有廉价易得的优点,更具有实际应用的价值 。
前期研究发现,阳离子表面活性剂CTAB 能有效的改善纳米氧化铁的稳定性和分散性,提高对磷酸盐等污染物的去除效果 ,但是不同浓度的CTAB 对绿色合成的纳米氧化铁的影响还有待进一步研究,目前国内外关于绿色合成纳米氧化铁去除亚硝酸盐的研究也鲜有报道。基于此,本研究用不同浓度表面活性剂CTAB 对绿色合成的纳米氧化铁进行改性,并表征CTAB-IONP 的微观结构,比较IONP 和CTAB-IONP对亚硝酸盐的去除效率,以研究改性后的性能;此外,探究了投加量、溶液初始浓度、温度和pH 值对亚硝酸盐去除的影响,同时进行了动力学研究,提出了CTAB 作用下IONP 去除亚硝酸盐的可能机理。
可以看出,未经CTAB 改性的IONP 吸附亚硝酸盐的反应速率较慢,在反应进行1 h 后,去除率仅为1. 87% ; 而经0. 2、0. 4 和2 mmol · L - 1CTAB 修饰的IONP 反应速率较快,1 h 时去除率分别为32. 52% 、34. 05% 和27. 01% ,反应速率提高的原CTAB 吸附在纳米铁颗粒的表面从而使其带正电 ,加快了反应的进行。一方面由于纳米粒子带正电在斥力作用下增加了纳米铁颗粒的分散度;另一方面由于修饰后带正电可以与亚硝酸盐粒子形成静电吸附。随着反应不断进行,反应速率逐渐变慢,原因可能是材料表面的活性位点逐渐被亚硝酸盐占据。当反应进行到36 h 时基本达到平衡, 此时IONP、0. 2 mmol· L - 1 CTAB-IONP、0. 4 mmol· L - 1 CTAB-IONP、2 mmol·L - 1 CTAB-IONP 对亚硝酸盐的去除率分别为74. 31% 、93. 79% 、97. 32% 和96. 11% 。此外,加入的CTAB 浓度对改性的IONP 去除亚硝酸盐效率影响较大,其中,0. 4 mmol·L - 1 CTAB-IONP 的去除效率最高,原因是表面活性剂的分子结构特点决定了其在溶液中会形成胶束,形成胶束的大小可以通过改变表面活性剂的浓度来实现,当投加量过少时不能完全改变纳米氧化铁易团聚的问题,而投加的CTAB 的浓度超过临界束浓度(CMC)之后,会形成球状胶团包裹在IONP 的表面从而使吸附位点被完全包裹 。
说明亚硝酸盐浓度越高去除效率越低,其原因可能是溶液中CTAB-IONP 的吸附位点有限,随着亚硝酸盐浓度的增加使得其与CTABIONP吸附位点的有效结合减少,从而使去除率降低;如(c)所示,在反应未达到平衡之前,随着温度的升高,去除的速率逐渐增大,反应达到平衡时,不同温度去除率接近,说明提高温度仅有助于提高反应的速率,其原因可能是随着温度的上升亚硝酸盐的分子运动加剧,从而增加了与IONP 的接触机会 ,进而加速了亚硝酸盐的去除;从(d)可以看出,在酸性条件下亚硝酸盐的去除率较高可以达到98% ,达到中性以后随着pH 的增加亚硝酸盐去除率逐渐降低。在酸性条件下,IONP 的腐蚀速率加快,加速了电子的传递,从而促进了亚硝酸盐的去除 ;而在碱性条件下Fe2 + 、Fe3 + 会与溶液中的OH - 反应形成氢氧化物形成钝化,这些氢氧化物附着在IONP 的表面,所以亚硝酸盐的去除率也就比较低。
1.比较桉树叶提取液(EL)绿色合成合成的纳米氧化铁和CTAB 作用下EL 合成的纳米氧化铁对亚硝酸盐的去除效果发现,EL 合成的IONP 对亚硝酸盐去除率仅为74. 32% ,0. 4 mmol·L - 1 CTAB 改性之后的CTAB-IONP 效果达到最佳, 由于分散性的增加和静电吸附作用对亚硝酸盐的去除率可增加至97. 32% 。
2.动力学研究表明,IONP 去除亚硝酸盐的过程符合伪一级动力学反应,CTAB-IONP 去除亚硝酸盐的过程符合伪二级动力学反应,吸附过程以化学吸附为主。
3.研究发现,对于20 mg·L - 1 的亚硝酸盐,投加4 g·L - 1 CTAB-IONP,在酸性条件下,去除效果最好;pH 影响明显,在酸性条件下去除率均达到90% 以上,在碱性条件下随着pH 的逐渐升高,去除率逐渐减少;20 ~ 40 ℃ 范围内,温度仅影响去除速率;随着硝酸盐初始浓度的增加,去除效果逐步降低。以上的知识就先介绍到这里了，以后我们会定期为大家分享关于的相关知识，同时也希望需要该产品的朋友可以随时关注我们的网站，我们会为您提供更详细的问题解答。