零價(jià)鐵去除污染物機(jī)理

1、零價(jià)鐵處理污水的機(jī)理研究零價(jià)鐵的去污機(jī)理11、鐵的還原作用 鐵是活潑金屬, 電極電位為E( Fe2 + / Fe) =- 01440 V。Fe2 + 離子具有還原性, E( Fe3 + / Fe2 + ) =01771 V ，因而當(dāng)水中有氧化劑存在時(shí),Fe2 + 可進(jìn)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(jī)物。因胺基有機(jī)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(qiáng)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(xué)性質(zhì)。其電極反應(yīng)的產(chǎn)物中新生態(tài)的 H

2、和Fe2 + 能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用,可破壞染料的發(fā)色或助色基,使之?dāng)噫?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(xué)物質(zhì)變成易生化處理的物質(zhì),提高水的可生化性。 當(dāng)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(shí),鐵與炭或其他元素之間形成無數(shù)個(gè)微小的原電池。電極反應(yīng)如下：3、混凝吸附作用 在偏酸性條件下處理廢水時(shí)產(chǎn)生大量的Fe2 +和Fe3 + , 當(dāng)pH 調(diào)至堿性并有氧存在時(shí), 會(huì)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(luò)離子,它們都有很強(qiáng)的絮凝性

3、能。零價(jià)鐵去除污水的主要種類簡(jiǎn)介： 1、含重金屬離子廢水：零價(jià)鐵除砷、六價(jià)鉻 例：利用零價(jià)鐵處理電鍍廢水 在酸性條件下Cr(VI) 可被Fe2 + 很快還原為Cr ( ) ,產(chǎn)生的Cr( ) 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(dāng)零價(jià)鐵在適當(dāng)條件下與染料溶液接觸時(shí)，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(dá)到脫色目的。 零價(jià)鐵對(duì)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(rèn)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(fù)沖洗去掉表面的沉物,達(dá)到去除色度的目的。 零價(jià)鐵去除

4、偶氮染料廢水時(shí)存在隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，由于腐蝕產(chǎn)物或其他一些沉淀在鐵表面沉積，零價(jià)鐵會(huì)失去活性的問題。 3、氯代有機(jī)物廢水：四氯化碳、氯仿、五氯苯酚、多氯聯(lián)苯以及有機(jī)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(yīng),將零價(jià)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(yīng)進(jìn)行得很慢。3、鐵反應(yīng)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(yīng):2H2O +2e H2 + 2OH- , Fe + 2H2O Fe2 + + H2

5、+ 2OH- ,則:H2 + RCl RH + H+ + Cl - 。 其中最主要的反應(yīng)是鐵表面的反應(yīng)。如果有合適的催化劑的話,3 種途徑均會(huì)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供這種催化劑。 4、硝基芳香族化合物廢水：硝基苯零價(jià)鐵與硝基苯的反應(yīng)如下:R - NO3 + + Fe0 + H+ R - NH2 + + Fe2 + + H2O陽極反應(yīng):Fe Fe2 + + 2e E(Fe2 + / Fe) = - 0.44V陰極反應(yīng):2H+ + 2e 2H H2 E(H + / H2) = 0.00V有O2 時(shí):O2 + 4H+ + 4e 2H2O E0 (O2) = 1.23V

6、O2 + 2H20 + 4e 40H- E0 (O2/ OH- ) = 0.40V零價(jià)鐵處理硝基苯水溶液的作用機(jī)理可歸納為以下幾點(diǎn):a. 電場(chǎng)作用。實(shí)驗(yàn)用水為含有硝基苯和苯胺的混合溶液,在該體系中,因?yàn)樗肿颖砻娴碾姾勺饔?使得溶液中微細(xì)的雜質(zhì)總是以膠體狀態(tài)存在。當(dāng)水中的這些膠體粒子和細(xì)小分散的有機(jī)污染物受微電場(chǎng)的作用后便會(huì)產(chǎn)生電泳,向相反電荷的電極方向移動(dòng),并且聚積在電極表面,形成大顆粒而發(fā)生氧化還原反應(yīng)。b. 氫的氧化還原作用。從電極反應(yīng)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(huì)生成Fe (OH)2和Fe (O

7、H) 3 。反應(yīng)方程如下： Fe2 + + 2OH- Fe (OH) 2 4Fe2 + + 8OH- + O2 + 2H2O 4Fe (0H) 3 生成的Fe (OH) 3 是膠體凝聚劑,具有較強(qiáng)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(jià)鐵作為活潑金屬,電負(fù)性較大,電極電位EO (Fe2 + / Fe0) = - 0.44V ,還原能力很強(qiáng),在酸性環(huán)境中硝基苯首先在陰極表面獲得2 個(gè)電子,還原為亞硝基苯,并繼續(xù)獲得2 個(gè)電子還原為羥基苯胺,羥基苯胺再得到2 個(gè)電子還原為苯胺。但亞硝基苯一般不會(huì)積累,會(huì)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(yīng)為羥基苯胺。 5、硝酸鹽廢水6.放射性物質(zhì)：鈾 零價(jià)鐵與污染物之間發(fā)生的是表面反應(yīng)，UO22+首先通過吸附從溶液中轉(zhuǎn)移到零價(jià)鐵表面，隨后與鐵以 種作用機(jī)理而被去除：即：（）將UO22+還原為低價(jià)態(tài)難溶物；（）2通過表面絡(luò)合被 吸附；（）UO22+與ICP