纳米铁对沈阳细河水及周边村庄井水中重金属和溴的去除

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1、第30卷第11期环境化学Vo1．30，No．112011正11月ENVIR0NMENTALCHEMISTRYNovember20l1纳米铁对沈阳细河水及周边村庄井水中重金属和溴的去除黄园英杨永亮，吴学丽(1．国家地质实验测试中心，北京，100037；2．中国地质科学院生态地球化学重点开放实验室，北京，100037)摘要在实验室条件下合成制得的纳米铁BET比表面积为49．16m·g一，粒径范围为20—40Hil1．通过批实验考察了纳米铁对沈阳细河河水和周边地下水中重金属及溴离子的去除效果．结果表明，纳米铁对水中cr(Ⅵ)、cu(Ⅱ)、Cd(1I)、Pb(Ⅱ)和A

2、s(Ⅲ)都有很好的去除效果，1．25g·L纳米铁在30min内，对920g·LAs(Ⅲ)和100tzg·L重金属离子去除率大于99％．在实验结束时，纳米铁对细河河水及周边地下水中的Mn和zn去除率大于99％，但Rr的去除率仅为10％．纳米铁对Mn(Ⅱ)去除动力学符合准一级反应动力学方程，标准化反应速率常数k为0．3435mL·m-2rain～．关键词纳米铁，重金属，地下水，去除，细河．零价铁纳米技术是新兴的环境修复技术，为原位和异位修复提供了一种经济高效的方法¨．由于纳米颗粒尺寸小，具有高比表面积和高反应活性，所以在环境治理方面具有广泛的应用前景。理论计算表明

3、，当颗粒的粒径小于1m时，在多孔介质中，重力对胶体颗粒的运动和沉积影响很小，布朗运动(热运动)起主导作用J．在水溶液中，只要轻微搅动，纳米颗粒就能够保持悬浮状态4，虽然还没有很好地解决纳米铁颗粒不稳定性能，但它仍被认为是用于有机和无机环境污染物治理很好的材料，已有用纳米铁去除重金属和氮转化(如NO；)。的报道．另外，纳米颗粒也可附着在固体支撑物上，如活性炭、沸石和高岭土用于野外污染水体和工业废水处理_1¨j．与传统的处理技术如抽出一处理、曝气或反应格栅相比，它提供了一个相对低廉的选择方案¨．作者曾报道了纳米铁对饮用水中As(Ⅲ)和As(V)具有很好的去除效果¨

4、”．沈阳市是东北老重工业城市环境污染比较严重的地区，而细河是沈阳主要排污河渠，北起沈阳市铁西新区卫工明渠南端，向西南流经铁西区，于洪区和辽中县，全长78．2km，在辽中县黄腊坨子村汇入浑河．目前，细河是沈阳市污染最重的河流，并严重污染了浑河水体．据报道，细河流域部分地区地下水中锰浓度超过国家地下水质量标准规定Ⅲ和Ⅳ类水．细河河水和地下水总溴浓度26．6—4070g·L～，平均浓度1584g·L一，平均Br／C1比值高达0．012，远非降水来源所能解释．细河浅层地下水中溴酸盐和溴离子被检出的浓度存在超标情况，分别为31g·L和l5g·Lll．因此，对水环境中重金

5、属和溴的污染治理刻不容缓．本文对采自沈阳细河河水和细河附近的村民家井水，利用实验室合成的纳米铁(NZVI)，通过批实验方式，考察了纳米铁对重金属元素和溴离子的反应速率和去除效果，并探讨了投加量和反应时间对其去除率影响．1材料和方法1．1纳米铁制备及表征以NaBH作为还原剂，通过液相还原方法制得纳米铁，反应方程式如下：2011年1月6日收稿．科技部国际合作项目(2006DFA21280)；国土资源部公益性行业科研专项(200911015—05)；国家地质实验测试中心基本科研业务费项目(201012CSJ02)资助．通讯联系人，E-mail：ylyang2OO3@

6、yahoo．corn．crl11期黄园英等：纳米铁对沈阳细河水及周边村庄井水中重金属和溴的去除re(H2O)+3BH4+3H20一Fe+3B(OH)3+l0．5H2(1)分别用去氧水和无水乙醇至少洗3遍，通过上述反应制得的湿沉淀，于100℃一1O5℃烘4h，这样便可获得烘干后的金属颗粒，以上操作都在氮气流中进行．图1为新鲜制得的纳米颗粒放大5万倍时扫描电镜谱图(SEM)．纳米铁颗粒直径范围为2O-40nm，主要以“颗粒状”和“链状”形式存在，并且形成“网状结构”，中间留有大量的空隙．通过氮气吸附法测定的BET比表面积为49．16mZ．g～．图1新鲜合成的纳米铁

7、SEM图Fig．1SEMimageoffreshlypreparedNZVIparticles1．2主要仪器和试剂数显水浴恒温振荡器：SHA—B(江苏金坛市荣华仪器制造有限公司)；干燥箱：DHG一9070A型(上海一恒科技有限公司)；磁力搅拌器：C—MAGHS10(德国IKA)；离心机：TGL一16C(上海安亭科学仪器厂)；sA一10型砷形态分析仪(北京吉天仪器有限公司)；比表面与孔隙度分析仪(Autosorb．1型美国)；扫描电子显微镜(S4300型，日本)；7500a型电感耦合等离子体质谱仪(美国Agilent公司)．Pb、zn、cd、Cr、Mn、Ni、C

8、u标准溶液：1000mg·L标准溶液(