纳米材料在污水方面的处理

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纳米材料在水处理中的应用
水污染现状
• 近年来，随着现代工业的高速发展，大量未经处 理或处理未达标的污水直接排放，对水环境造成 剧烈的破坏，导致水质恶化，水质型缺水问题日 益突出。
而众多水处理应用的材料中，纳米材料作为尖端材料 的代表，以其优越的性能，广阔的发展空间，尤其引人注 目。纳米材料在微污染水源给水处理、污水处理、海水淡 化和海洋环境工程治理中愈来愈显示其独特的优势，受到 了大家的青睐。
还原作用
纳米零价铁在水环境中的还原性原理Fe0(s)+2H2+→Fe2+(aq)+H2 （g）；2Fe0(s)+O2(g)+2H2O→2Fe2+(aq)+4OH-(aq) 因此纳米零价铁适用于处理含氯有机废水、染料废水和水中的 重金属离子，在对受铬污染的地下水的研究中，使用零价铁时去 除作用明显，零价铁和活性炭联合使用效果更佳，可使出水中Cr 的质量浓度＜0.05mg/L。 • 实验部分：利用零价铁和活性炭作为PBR（渗透反应隔栅）的反 应介质，在实验室研究PBR修复Cr（Ⅵ）污染地下水可行性。
二、纳米零价铁
零价铁最早出现在水处理领域是在上个世纪八十年代，有 报道称零价铁可以还原去处水中的氯代物，之后在水处理 技术领域对于零价铁的研究成为一个热点。零价铁有以下 特性:比表面积大;电负性大，电极电位E0(Fe2+/Fe)=－ 0.44 V;具有很强的还原性，在一定pH下，还原生成的 Fe3+会生成氢氧化物，具有吸附和絮凝作用。而纳米零价 铁除了具备以上的性质外，具有更大的比表面积，反应活 性和吸附性。在水处理中，纳米零价铁的主要应用领域有: 含氯有机废水的处理、洗涤剂废水处理、含酚废水处理、 制药废水处理、含放射性元素的废水处理。纳米零价铁主 要起还原作用、微电解作用、混凝作用、吸附作用以及它 们的综合作用。
吸附作用
零价纳米铁具有比零价铁更巨大的比表面积和反应活性， 因而具有非常优秀的吸附性能。而且这种吸附作用是物理 吸附。零价铁对有机含氯废水的处理，不仅仅是利用它的 还原性，还取决于它的吸附性。另研究表明， NOM( natural organic matters) 如腐殖酸可吸附到氧 化铁表面，当原水流经含有零价铁的介质表面时，铁通过 腐蚀形成氧化铁，使腐殖酸从水中去除掉;水中的一些病 毒的去除也是利用了利用纳米零价铁吸附水中的某些病毒， 比常规过滤和消毒的效果更好。
微电解作用
• 零价铁在电极反应的产物中新生态的［H］和Fe2+ 能与废水中许多组分发生氧化还原作用，从而使 废水中的组分发生变形或破坏，例如使染料废水 中的发色或助色基断链，有学者用零价铁处理染 料生产废水，结果表明其色度去除率高达95%以上。
混凝作用
• 在偏酸性环境下，纳米零价铁处理过程中会产生 Fe2+和Fe3+，在偏碱性和有氧条件下，它们会生 成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮状沉淀，Fe(OH)3还可能水 解生成Fe(OH)+2，Fe(OH)+2等络离子有很强的絮 凝性能。
一、纳米光催化材料———纳米TiO2 •
纳米光催化材料大多是金属氧化物或硫化物等半导体材 料，它们具有特殊的电子结构,它们在光激发下所产生的电子和 空穴，将反应物还原或氧化，从而使污染物得到降解，并最终完 全矿化为CO2、H2O和毒性小的有机物和无机离子等，因此在能源、 绿色化学方面显示出其独特的功效。
天然同位素中所占的比例。
自来水及出水GC（气相色谱 ）/MS（质谱 ） 总量测定结果
有机物
在较低的光照强度(817W/L)下,经固定膜光催化氧化反 应器1h的处理,自来水中有机污染物总量的去除率在60%以上. 自来水中优先污染物19种,有5种被完全去除;其它21种有害有 机物中10种的浓度降至检测限以下.除此之外,水中各种有机物 的浓度经处理都明显下降.检出反应中间产物10种,其中不含优 先污染物及毒性较强的物质.研究表明,在工程上可接受的运行 条件下,光催化氧化法用于水质较差的城市自来水的深度净化, 具有令人满意的处理效果.
试验装置如图1所示,其 有效容积416L.以两支20W低压 汞灯为光源，催化膜组件是用 溶胶-凝胶法在玻璃纤维网上制 得TiO2固定膜,再用支架将玻璃 纤维网固定成螺旋状刚性组件 制成.前处理单元用来拦截水中 胶体物质及Fe2+、Mn2+,防止催 化膜中毒.通过高位水箱和流量 计控制流量恒定.
丰度——天然存在比，指的是该同位素在这种元素的所有
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纳米光催化材料有以下的特点 : 降解没有选择性，能 使有害物质完全分解，不会产生二次污染，可以在常压下操作， 反应条件温和，降低操作难度，不需要大量消耗除光以外的其他 物质，可以降低能量、原材料的消耗而达到除毒、脱色、去臭的 目的。光催化剂具有廉价、无毒、稳定以及可以重复利用等特点。
Hale Waihona Puke Baidu
在紫外光照射下，纳米TiO2表面会产生氧化能力极强的羟基自由基 (·OH)，使水中的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。目前纳米TiO2主要 的应用领域有化工废水、染料废水、农药废水、含油废水、造纸废水等有机 废水的处理。