纳米材料在污水方面的处理课件.ppt

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 纳米光催化材料 纳米 TiO 纳米光催化材料 纳米 TiO 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 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 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 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 有机物总量测定结果 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 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 44V 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 2020 1 29 11 可编辑 2020 1 29 12 可编辑 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 污染地下水可行性 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 微电解作用 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 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 naturalorganicmatters 如腐殖酸可吸附到氧化铁表面 当