电沉积法制备活性炭负载型Ni/Fe及对水环境中六价铬的处理效能试验研究

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零价铁因卓越的吸附性能和还原性能得到各种污染物治理专家的亲睐,但在反应过程中的不稳定性、易团聚性和易钝化性等问题限制了其进一步的推广应用。本研究将金属修饰和固体负载两种改性方法相结合,采用电沉积法制备活性炭负载性Ni/Fe双金属颗粒(Ni/Fe-AC BPs),以期能增强零价铁颗粒的稳定性、分散性,提高其反应活性,为零价铁颗粒在污染治理中的推广应用提供理论基础与技术支持。采用正交试验方法,以制备所得Ni/Fe-AC BPs对六价铬的去除率为考核指标,探究了沉积液的最佳物料配比;在此基础上,通过控制变量法研究了电沉积时间、电流密度、电沉积温度对制备Ni/Fe-AC BPs的影响,得到了最佳电沉积条件。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、全自动比表面积和孔隙度分析仪(BET)等四种方式对最佳工艺条件下制备所得Ni/Fe-AC BPs进行表征。结果表明,Ni/Fe双金属颗粒呈絮球状,分散均匀,且有较高的吸附性能。为了探究Ni/Fe-AC BPs的工程适应性,开展了不同水环境条件下Ni/Fe-AC BPs去除六价铬的试验研究。试验结果表明:(1)低初始浓度和酸性条件下,六价铬的去除效果最好;(2)Ni/Fe-AC BPs对六价铬的催化还原反应对温度的适应性较强;(3)水中共存离子Cl-因可加速Fe的腐蚀而对反应具有促进作用,SO42-会推进Ni/Fe-AC BPs的表面钝化膜的形成而阻碍反应的进行。通过AC、Fe-AC、Ni/Fe-AC BPs对六价铬去除效果对比试验,证明了金属修饰改性大大提高了零价铁的反应活性。Ni/Fe-AC BPs的电化学再生效果较好,在重复使用8次后,对六价铬的去除率仍能达到85.96%。在反应动力学研究中,证明了Ni/Fe-AC BPs对六价铬的催化还原反应遵循一级反应规律,并计算得到表观反应活化能Ea为20.62kJ﹒mol-1,表明该反应是化学吸附占主导的反应。
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