DOW3N树脂负载FeNi双金属纳米颗粒同步去除水中硝酸盐磷酸盐实验的研究

1、吡啶基树脂负载吡啶基树脂负载Fe/NiFe/Ni双金属纳米颗粒双金属纳米颗粒同步去除水中硝酸盐同步去除水中硝酸盐/ /磷酸盐磷酸盐 一：实验背景； 二：研究思路; 三：实验内容； 四：结果与分析； 五：结论与展望。 主要内容：主要内容：一一. .实验背景实验背景 近年来，水体富营养化情况越来越来严重，近年来，水体富营养化情况越来越来严重， 而而 氮、磷污染是造成水体氮、磷污染是造成水体富营养化的主要原因。继富营养化的主要原因。继20192019年太湖蓝藻事件以来，年太湖蓝藻事件以来， 人们越来越关注氮、人们越来越关注氮、磷排放对水体造成的污染。严格控制城市污水和工业废水排放中氮、磷浓度磷排放对

2、水体造成的污染。严格控制城市污水和工业废水排放中氮、磷浓度是缓解自然水体氮、磷污染的主要手段。是缓解自然水体氮、磷污染的主要手段。 一一. .实验背景实验背景氮磷最高允许排放浓度日均值）氮磷最高允许排放浓度日均值） 单位：单位：mg/Lmg/L 国内国内城市城市污污水普遍采用二水普遍采用二级级生化法生化法处处理，其理，其对对CODCOD、BOD5BOD5、SS SS 的去除率的去除率较较高高, , 但但现现行被广泛行被广泛应应用的生物用的生物脱氮脱氮除除磷工磷工艺艺系系统对统对N N、P P 去除效果不佳，出水去除效果不佳，出水氮氮、磷等指、磷等指标难标难以以稳稳定定达标达标。一一. .实验背

3、景实验背景 针对污水经生化处理出水排放的硝酸盐/磷酸盐给自然水体带来的水体富营养化问题，运用硼氢化钠还原方法，以高分子吡啶基螯合树脂DOW 3N 为载体，制备Fe/Ni双金属纳米颗粒的复合材料，可以有效的还原水中的NO3-，并可以通过化学吸附作用同步去除水中PO43-。二二. .研究思路研究思路DOW 3N-Fe/Ni还原硝酸根DOW 3N-Fe/Ni同步去除氮磷硝酸根初始浓度对DOW 3N-Fe/Ni同步去除氮磷的影响磷酸根初始浓度对DOW 3N-Fe/Ni同步去除氮磷的影响1.1 将Fe2(SO4)3溶于乙醇-水混合 溶 剂 中 V 乙 醇 : V 水=7:3），配制铁离子浓度为3g/L

4、硫酸铁溶液。三，实验内容三，实验内容.1.1.纳米铁镍双金属材料的制备：纳米铁镍双金属材料的制备：1.2 称取 2.000 g 的 DOW 3N 树脂放入具塞三角瓶中,并加入1000 mL 上述 Fe3+溶液，在恒温振荡培养箱中振荡 12小时，温度为 30。1.材料的制备：1.1.材料的制备材料的制备1.3 1.3 取出三角瓶，将瓶中取出三角瓶，将瓶中的上清液倒出，滤出负载铁的上清液倒出，滤出负载铁离子的离子的 DOW 3N DOW 3N 树脂，用去树脂，用去离子水清洗数遍，将树脂表离子水清洗数遍，将树脂表面的残留铁离子洗掉。在所面的残留铁离子洗掉。在所得树脂中加入得树脂中加入 350 mL

5、350 mL 氯化氯化镍溶液中，其中镍离子的浓镍溶液中，其中镍离子的浓度为度为 235 mg L-1 235 mg L-1，在恒温，在恒温振荡培养箱中振荡振荡培养箱中振荡 10 10 小时，小时，温度为温度为 30 30。1.4 1.4 然后将所得然后将所得树脂转移到圆底三树脂转移到圆底三口烧瓶中。配制质口烧瓶中。配制质量浓度为量浓度为 2% 2%的的 Na NaBH4 BH4 溶液溶液 400 mL 400 mL，并将其逐滴加入到并将其逐滴加入到三口烧瓶中，在三口烧瓶中，在 2 255恒温下搅拌反恒温下搅拌反应应 2 2小时，整个反小时，整个反应过程充氮气保护应过程充氮气保护1.1.材料的制

6、备材料的制备1.材料的制备1.5 1.5 反响反响 2 2 小时后，倒小时后，倒出上清液，将所得树脂出上清液，将所得树脂滤出，并用脱氧水和脱滤出，并用脱氧水和脱氧无水乙醇清洗数遍，氧无水乙醇清洗数遍，在在 40 40下真空干燥。所下真空干燥。所得负载型纳米零价铁命得负载型纳米零价铁命名为名为 DOW 3N-Fe/Ni DOW 3N-Fe/Ni。1.材料的制备制备前后变化：制备前后变化：2.2.硝酸根磷酸根降解性能实验硝酸根磷酸根降解性能实验2.12.1 配制配制500ml500ml含含20mg L-120mg L-1硝酸根、硝酸根、1mg L-11mg L-1的溶的溶液，将所得溶液脱氧后导入到

7、圆底三口烧瓶中，液，将所得溶液脱氧后导入到圆底三口烧瓶中，并加入之前制备好的并加入之前制备好的 DOW 3N-Fe/Ni DOW 3N-Fe/Ni纳米材料，纳米材料， 在在 恒温恒温2525下搅拌反应，搅拌速率为下搅拌反应，搅拌速率为 180 rpm 180 rpm，溶解氧溶解氧1 mg L-11 mg L-1，整个反应过程充氮气保护。，整个反应过程充氮气保护。间隔一定的时间取样间隔一定的时间取样. .2.2.硝酸根磷酸根降解性能实验硝酸根磷酸根降解性能实验2.1 经 0.22 m 滤膜过滤后测定溶液中 NO3-、NO2- PO43-和 NH4+的浓度。 溶液中 NO3-、NO2-、PO43-

8、、采用离子色谱仪进行测定，氨氮采用紫外分光光度计测定，采用水杨酸分光光度法HJ 536-2021） 2.2.硝酸根磷酸根降解性能实验硝酸根磷酸根降解性能实验2.22.2 溶液中的硝酸盐酸盐浓度溶液中的硝酸盐酸盐浓度 20mg 20mgL-1L-1不变，将磷酸盐不变，将磷酸盐 浓度分别改为浓度分别改为 0mg 0mgL-1L-1、0.5mg0.5mgL-1L-1、1mg1mgL-1L-1、3mg3mgL-1L-1、7mg7mgL-1L-1，以，以2.12.1同样的条件和步骤进行同样的条件和步骤进行动力学实验。动力学实验。 目的在于研究磷酸盐浓度对材料同步去除目的在于研究磷酸盐浓度对材料同步去除水

9、中硝酸盐水中硝酸盐/ /磷酸盐性能的影响磷酸盐性能的影响2.2.硝酸根磷酸根降解性能实验硝酸根磷酸根降解性能实验2.32.3 溶液中的磷酸盐浓度溶液中的磷酸盐浓度1 mg1 mgL-1L-1不变，将硝不变，将硝酸盐酸盐 浓度分别改为浓度分别改为10mg10mgL-1L-1、20 mg20 mgL-1L-1、30 mg30 mgL-1L-1、40 mg40 mgL-1L-1，以，以2.12.1同样的条件同样的条件和步骤进行动力学实验。和步骤进行动力学实验。 目的在于研究硝酸盐浓度对材料同步去除水目的在于研究硝酸盐浓度对材料同步去除水中硝酸盐中硝酸盐/ /磷酸盐性能的影响磷酸盐性能的影响3.3.双

10、金属纳米材料的表征分析双金属纳米材料的表征分析3.1 复合材料DOW 3N-Fe/Ni负载量的测定 使用盐酸将树脂负载金属洗脱，然后采用火焰原子吸收测定铁和镍含量。 测定结果显示复合材料DOW 3N-Fe/Ni中铁负载量量为74.7526 mg/g，镍负载量为32.1082 mg/g。 3.2孔结构及比表面积测定 BET比表面积变大 平均孔径变小 BET BET surface surface area area (m(m2 2/g)/g)Average verage pore pore width width (nm)(nm)DOW DOW 3N3N17.6917.6910.3810.38D

11、OW3NDOW3N- -FeFe/NiNi349.98349.985.995.993.3.双金属纳米材料的表征分析双金属纳米材料的表征分析3.3.双金属纳米材料的表征分析双金属纳米材料的表征分析 3.33.3透射电镜透射电镜TEMTEM测试表征测试表征所制备的铁镍双金属材料为纳米级，颗粒粒径范围所制备的铁镍双金属材料为纳米级，颗粒粒径范围约为约为2-5 nm2-5 nm3.3.双金属纳米材料的表征分析双金属纳米材料的表征分析 3.4 X射线衍射XRD） 从图中可以看出，与DOW-3N的相比， DOW-3N-Fe/Ni存在铁或铁镍的微晶体，在2=44o处有一个较宽的特征峰，由于铁和镍的衍射峰很接

12、近，所以这个特征峰可能是铁的衍射峰或者铁与镍的合金的衍射峰四，实验结果与数据分析四，实验结果与数据分析1 1、DOW 3N-Fe/NiDOW 3N-Fe/Ni对硝酸根的还原对硝酸根的还原1.11.1树脂空白：对硝酸根去除率树脂空白：对硝酸根去除率约约 为为15%15%， 反应初始条件：反应初始条件： 初始浓度初始浓度 NO3-N=20 mg NO3-N=20 mgL-1L-1 pH pH在在6 6到到7 7之间、无氧之间、无氧 四，实验结果与数据分析四，实验结果与数据分析 1、DOW 3N-Fe/Ni对硝酸根的还原 1.2 纳米双金属材料对硝酸根的去除 反应初始条件： 初始浓度 NO3-N=2

13、0 mgL-1 pH在6到7之间、无氧 NO3-N去除率 接近100%四，实验结果与数据分析四，实验结果与数据分析2、DOW 3N-Fe/Ni同步去除硝酸根和磷酸根 反应初始条件： 初始浓度 NO3-N=20 mgL-1 PO43-P=1 mgL-1 pH在6到7之间、无氧 四，实验结果与数据分析四，实验结果与数据分析3、磷初始浓度对DOW 3N-Fe/Ni同步去除氮磷的影响 3.1磷初始浓度对去除氮的影响 反应初始条件： 初始浓度 NO3-N=20 mgL-1不变， pH在6到7之间、无氧 NO3-： 四，实验结果与数据分析四，实验结果与数据分析 3、磷初始浓度对DOW 3N-Fe/Ni同步

14、去除氮磷的影响 3.2 磷初始浓度对去除磷的影响 反应初始条件： 初始浓度 NO3-N=20 mgL-1不变 pH在6到7之间、无氧 PO43-: 四，实验结果与数据分析四，实验结果与数据分析 4、硝酸盐氮初始浓度对DOW 3N-Fe/Ni同步去除氮磷的影响 4.1 硝酸盐氮初始浓度对去除氮的影响 反应初始条件： 初始浓度 PO43-P=1 mgL-1不变， pH在6到7之间、无氧 NO3-N： 四，实验结果与数据分析四，实验结果与数据分析 4、硝酸盐氮初始浓度对DOW 3N-Fe/Ni同步去除氮磷的影响 4.2 硝酸盐氮初始浓度对去除磷的影响 反应初始条件： 初始浓度 PO43-P=1 mgL-1不变， pH在6到7之间、无氧 PO43：五。结论与展望五。结论与展望5.1 实验结论。 由以上数据可以看出，纳米双金属材料可以有效地同步去除水中的硝酸根和磷酸根； 纳米双金属材料对硝酸根