零價鐵去除污染物機理.ppt

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1、零價鐵處理污水的機理研究零價鐵的去污機理[1]1、鐵的還原作用鐵是活潑金屬,電極電位為E°(Fe2+/Fe)=-01440V。Fe2+離子具有還原性,E°(Fe3+/Fe2+)=01771V，因而當水中有氧化劑存在時,Fe2+可進一步氧化成Fe3+。由于鐵是活潑金屬,具有還原能力,因而在偏酸性水溶液中能夠直接將染料還原成胺基有機物。因胺基有機物色淡,且易被氧化分解,故廢水中的色度得以降低。廢水中的某些重金屬離子也可以被鐵還原出來,其他氧化性較強的離子或化合物可被鐵還原成毒性較小的還原態(tài)。2、微電解作用鐵具有電化學性質(zhì)。其電極反應的產(chǎn)物中新生態(tài)的[H]和Fe2+能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作

2、用,可破壞染料的發(fā)色或助色基,使之斷鏈,失去發(fā)色能力;可使大分子物質(zhì)分解為小分子的中間體;使某些難生化降解的化學物質(zhì)變成易生化處理的物質(zhì),提高水的可生化性。當把含有雜質(zhì)的鑄鐵或純鐵和炭的混合顆粒浸沒在水溶液中時,鐵與炭或其他元素之間形成無數(shù)個微小的原電池。電極反應如下：3、混凝吸附作用在偏酸性條件下處理廢水時產(chǎn)生大量的Fe2+和Fe3+,當pH調(diào)至堿性并有氧存在時,會形成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮狀沉淀,Fe(OH)3還可能水解生成Fe(OH)2+,Fe(OH)2+等絡離子,它們都有很強的絮凝性能。零價鐵去除污水的主要種類簡介：1、含重金屬離子廢水：零價鐵除砷、六價鉻例：利用零價鐵處理

3、電鍍廢水在酸性條件下Cr(VI)可被Fe2+很快還原為Cr(Ⅲ),產(chǎn)生的Cr(Ⅲ)可通過生成Cr(OH)3沉淀去除或生成鐵鉻水合物或生成鐵鉻氧化水合物去除。2、偶氮染料廢水當零價鐵在適當條件下與染料溶液接觸時，染料分子中的偶氮鍵將發(fā)生斷裂，破壞原染料的發(fā)色基或助色基，從而達到脫色目的。零價鐵對于偶氮染料具有高的脫色速度，其具體脫色過程目前還不甚清楚,大致上認為主要是利用了鐵的絮凝作用，呈膠體狀態(tài)的染料將附聚在鐵的表面,反復沖洗去掉表面的沉物,達到去除色度的目的。零價鐵去除偶氮染料廢水時存在隨著時間的延長，由于腐蝕產(chǎn)物或其他一些沉淀在鐵表面沉積，零價鐵會失去活性的問題。3、氯代有機物廢水：四氯

4、化碳、氯仿、五氯苯酚、多氯聯(lián)苯以及有機氯農(nóng)藥等。氯代烴在水中的脫氯過程可有3種途徑：1、金屬直接反應,將零價鐵表面的電子轉(zhuǎn)移到氯代烴使之脫氯。Fe+RCl+H+→RH+Fe2++Cl–2、鐵腐蝕的直接產(chǎn)物Fe2+具有還原能力,它可使得一部分氯代烴脫氯,不過這一反應進行得很慢。3、鐵反應產(chǎn)生的氫氣可使鹵代烴還原。在厭氧狀態(tài)下,H2O可作為電子接受體,存在下面反應:2H2O+2e→H2+2OH-,Fe+2H2O→Fe2++H2+2OH-,則:H2+RCl→RH+H++Cl-。其中最主要的反應是鐵表面的反應。如果有合適的催化劑的話,3種途徑均會有效發(fā)生。鐵的表面、鐵中的雜質(zhì)及系統(tǒng)中的其他固相都可提

5、供這種催化劑。4、硝基芳香族化合物廢水：硝基苯零價鐵與硝基苯的反應如下:R-NO3++Fe0+H+→R-NH2++Fe2++H2O陽極反應:Fe→Fe2++2eE(Fe2+/Fe)=-0.44V陰極反應:2H++2e→2[H]→H2E(H+/H2)=0.00V有O2時:O2+4H++4e→2H2OE0(O2)=1.23VO2+2H20+4e→40H-E0(O2/OH-)=0.40V零價鐵處理硝基苯水溶液的作用機理可歸納為以下幾點:a.電場作用。實驗用水為含有硝基苯和苯胺的混合溶液,在該體系中,因為水分子表面的電荷作用,使得溶液中微細的雜質(zhì)總是以膠體狀態(tài)存在。當水中的這些膠體粒子和細小分散的有

6、機污染物受微電場的作用后便會產(chǎn)生電泳,向相反電荷的電極方向移動,并且聚積在電極表面,形成大顆粒而發(fā)生氧化還原反應。b.氫的氧化還原作用。從電極反應中得到的新生態(tài)氫具有較大的活性,能使硝基還原為氨基。c.鐵離子的混凝作用。從陽極得到的Fe2+在有氧和堿性條件下,會生成Fe(OH)2和Fe(OH)3。反應方程如下：Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe2++8OH-+O2+2H2O→4Fe(0H)3生成的Fe(OH)3是膠體凝聚劑,具有較強的吸附能力,廢水中的懸浮物以及由微電解作用產(chǎn)生的不溶物可被其吸附凝聚。d.鐵的還原作用。零價鐵作為活潑金屬,電負性較大,電極電位EO(Fe2+/Fe0)=-

7、0.44V,還原能力很強,在酸性環(huán)境中硝基苯首先在陰極表面獲得2個電子,還原為亞硝基苯,并繼續(xù)獲得2個電子還原為羥基苯胺,羥基苯胺再得到2個電子還原為苯胺。但亞硝基苯一般不會積累,會在比硝基苯還原更正的電位下被還原。因此硝基苯還原為苯胺的穩(wěn)定中間產(chǎn)物應為羥基苯胺。5、硝酸鹽廢水6.放射性物質(zhì)：鈾零價鐵與污染物之間發(fā)生的是表面反應，UO22+首先通過吸附從溶液中轉(zhuǎn)移到零價鐵表面，隨后與鐵以３種作用機理而被去除：