目錄
序
前言
第1章 鐵及其化合物的性質(zhì)與反應(yīng)原理 1
1.1 鐵的價態(tài)及性質(zhì) 1
1.1.1 單質(zhì)鐵 1
1.1.2 二價鐵和三價鐵 4
1.1.3 高價態(tài)鐵 5
1.2 溶解態(tài)Fe(Ⅱ) 7
1.2.1 環(huán)境中亞鐵的存在形式 7
1.2.2 環(huán)境中游離態(tài)Fe(Ⅱ)的來源與反應(yīng)活性 8
1.2.3 環(huán)境中有機(jī)配體絡(luò)合態(tài)Fe(Ⅱ)的來源與反應(yīng)活性 9
1.3 基于溶解態(tài)亞鐵鹽的水處理技術(shù)及原理 11
1.3.1 亞鐵還原去除污染物 11
1.3.2 硫酸亞鐵用作水處理混凝劑 12
1.3.3 硫酸亞鐵去除污水中的磷酸鹽 13
1.3.4 亞鐵催化H2O2氧化反應(yīng) 14
1.3.5 基于亞鐵的生物鐵法 17
1.4 結(jié)合態(tài)亞鐵 17
1.4.1 結(jié)合態(tài)亞鐵的定義及反應(yīng)活性 17
1.4.2 常見結(jié)合態(tài)亞鐵 18
1.4.3 吸附態(tài)Fe(Ⅱ) 22
1.5 基于結(jié)合態(tài)亞鐵的水處理技術(shù)及原理 23
1.5.1 基于多羥基亞鐵的廢水處理技術(shù) 23
1.5.2 基于黃鐵礦體系的廢水處理技術(shù) 24
1.5.3 綠銹的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)制 25
第2章 結(jié)合態(tài)亞鐵的制備與結(jié)構(gòu)表征 29
2.1 多羥基亞鐵 29
2.1.1 多羥基亞鐵概述 29
2.1.2 FHC結(jié)構(gòu)形貌調(diào)控 29
2.1.3 FHC與GR形貌比較 30
2.1.4 FHC冷凍干燥粉末的比表面積 30
2.1.5 FHC冷凍干燥產(chǎn)物的XRD分析 31
2.1.6 FHC冷凍干燥產(chǎn)物的XPS分析 32
2.2 碳酸型多羥基亞鐵 33
2.2.1 碳酸型多羥基亞鐵制備方法 33
2.2.2 CSF形貌特征 34
2.2.3 CSF結(jié)構(gòu)特性 34
2.2.4 CSF的近紅外分析 34
2.2.5 CSF的Zeta電位和BET分析 35
2.3 磷酸型多羥基亞鐵 36
2.3.1 磷酸型多羥基亞鐵的制備 36
2.3.2 PSF的形貌特性 36
2.3.3 PSF的結(jié)構(gòu)組成 36
2.3.4 PSF表面元素的價態(tài)分析 37
2.3.5 PSF樣品的近紅外分析 38
2.4 綠銹 39
2.4.1 綠銹的制備與元素組成分析 39
2.4.2 XRD分析 40
2.5 黃鐵礦 40
2.5.1 黃鐵礦的基本性質(zhì) 40
2.5.2 比表面積 41
2.5.3 XRD分析 42
2.5.4 化學(xué)元素分析 42
2.5.5 材料表面的分析與表征 43
2.5.6 不同氧化程度黃鐵礦的表面形貌 44
2.5.7 XPS分析 44
2.5.8 電化學(xué)表征 45
2.6 FeS2的合成 46
2.6.1 XRD分析 46
2.6.2 不同老化程度FeS2的XRD分析 46
2.6.3 材料形貌結(jié)構(gòu)分析 47
2.6.4 TEM分析 48
2.6.5 Zeta電位分析 48
第3章 多羥基亞鐵還原轉(zhuǎn)化有機(jī)污染物 49
3.1 FHC還原偶氮染料脫色 50
3.1.1 研究方法 50
3.1.2 亞鐵結(jié)構(gòu)形態(tài)對其還原性能的影響 50
3.1.3 FHC還原多種類型偶氮染料 51
3.1.4 FHC還原偶氮染料的影響因素 55
3.2 FHC還原偶氮染料脫色的機(jī)制 59
3.2.1 三價鐵鹽混凝去除RB5對照試驗 59
3.2.2 溶劑清洗濾渣吸附的染料 59
3.2.3 酸溶反應(yīng)后沉淀物實驗 59
3.2.4 染料還原過程的光譜掃描 60
3.2.5 RB5反應(yīng)前后液相色譜分析比較 61
3.2.6 RB5還原產(chǎn)物檢測和TOC的測定 61
3.2.7 脫色機(jī)理與反應(yīng)途徑分析 63
3.3 FHC還原轉(zhuǎn)化硝基苯類污染物 66
3.3.1 亞鐵形態(tài)對還原性能的影響 67
3.3.2 陰離子對FHC還原轉(zhuǎn)化硝基苯的影響 67
3.4 FHC還原轉(zhuǎn)化2，5-二溴苯胺 72
3.4.1 FHC吸附2，5-二溴苯胺的研究 72
3.4.2 Cu2+對FHC還原2，5-二溴苯胺的影響 74
3.4.3 Ag+對FHC還原2，5-二溴苯胺的影響 74
3.4.4 Pd2+對FHC還原2，5-二溴苯胺的影響 76
3.4.5 還原脫溴途徑分析 78
3.5 本章小結(jié) 78
第4章 多羥基亞鐵還原去除亞硝酸鹽 80
4.1 FHC對亞硝酸鹽的還原能力 81
4.1.1 FHC對亞硝酸鹽去除能力研究 81
4.1.2 FHC投加量對還原產(chǎn)物的影響 83
4.1.3 FHC與零價鐵去除亞硝酸鹽能力的對比 84
4.2 pH對FHC去除亞硝酸鹽的影響 85
4.2.1 初始pH對亞硝酸鹽去除的影響 85
4.2.2 Fe(Ⅱ)/OH–摩爾比對反應(yīng)的影響 86
4.2.3 pH對反應(yīng)產(chǎn)物的影響 88
4.3 溶解氧對FHC還原亞硝酸鹽的影響 90
4.3.1 FHC制備過程溶解氧的影響 90
4.3.2 溶解氧對去除率的影響 91
4.3.3 溶解氧對還原產(chǎn)物的影響 92
4.4 共存離子對FHC還原亞硝酸鹽的影響 93
4.4.1 Cu2+對FHC還原NO2–的影響 93
4.4.2 Ag+對FHC還原NO2–的影響 94
4.4.3 Zn2+對FHC還原NO2–的影響 96
4.5 FHC還原亞硝酸鹽的反應(yīng)動力學(xué) 98
4.5.1 不同F(xiàn)e/N摩爾比條件下的反應(yīng)動力學(xué) 99
4.5.2 Cu2+對FHC還原NO2–的反應(yīng)動力學(xué)影響 101
4.6 本章小結(jié) 102
第5章 多羥基亞鐵還原去除重金屬類污染物 103
5.1 FHC還原去除Cr(Ⅵ)性能與機(jī)制 103
5.1.1 亞鐵形態(tài)對去除Cr(Ⅵ)性能的影響 103
5.1.2 FHC去除Cr(Ⅵ)性能的優(yōu)化 105
5.2 FHC還原去除Ni(Ⅱ)的性能與機(jī)制 118
5.2.1 亞鐵形態(tài)對去除Ni(Ⅱ)性能的影響 118
5.2.2 FHC去除Ni(Ⅱ)性能的優(yōu)化 118
5.2.3 FHC去除Ni(Ⅱ)容量及轉(zhuǎn)化機(jī)制 125
5.3 FHC還原去除Se(Ⅳ)的性能與機(jī)制 133
5.3.1 亞鐵形態(tài)對去除Se(Ⅳ)性能的影響 133
5.3.2 FHC去除Se(Ⅳ)性能的優(yōu)化 134
5.3.3 響應(yīng)面法優(yōu)化Se(Ⅳ)去除的因素 138
5.3.4 FHC去除Se(Ⅳ)的動力學(xué) 141
5.3.5 Se(Ⅳ)的去除途徑及轉(zhuǎn)化機(jī)制 142
5.4 FHC還原破絡(luò)去除水中絡(luò)合態(tài)銅 145
5.4.1 FHC還原去除EDTA-Cu的性能與機(jī)制 145
5.4.2 FHC還原去除CA-Cu的性能與機(jī)制 153
5.5 FHC還原破絡(luò)去除水中的絡(luò)合態(tài)鎳 157
5.5.1 亞鐵形態(tài)對去除EDTA-Ni性能的影響 157
5.5.2 FHC去除EDTA-Ni性能的優(yōu)化 158
5.6 本章小結(jié) 162
第6章 多羥基亞鐵除砷性能與機(jī)制 164
6.1 FHC除砷性能研究 164
6.1.1 無氧條件下除砷性能 164
6.1.2 有氧條件下的除砷性能 169
6.2 亞鐵礦物轉(zhuǎn)化與砷的去除機(jī)制 173
6.2.1 無氧環(huán)境的除砷機(jī)制 173
6.2.2 有氧環(huán)境的除砷機(jī)制 176
6.3 碳酸型結(jié)合態(tài)亞鐵的除砷性能 179
6.3.1 除砷條件的優(yōu)化 179
6.3.2 砷去除動力學(xué)分析 183
6.3.3 溶解氧對砷轉(zhuǎn)化去除的作用機(jī)制 186
6.3.4 副砷鐵礦的穩(wěn)定性 195
6.3.5 CSF除砷過程中As(Ⅲ)的氧化研究 196
6.4 本章小結(jié) 204
第7章 黃鐵礦活化H2O2降解有機(jī)污染物 206
7.1 天然黃鐵礦活化H2O2處理偶氮染料 207
7.1.1 染料脫色性能 207
7.1.2 反應(yīng)參數(shù)優(yōu)化 209
7.1.3 污染物去除機(jī)理 215
7.2 天然黃鐵礦/H2O2氧化去除水中微量有機(jī)物 219
7.2.1 天然黃鐵礦活化H2O2氧化去除三氯生 219
7.2.2 天然黃鐵礦活化H2O2去除氯霉素 222
7.2.3 天然黃鐵礦活化H2O2去除對乙酰氨基酚 226
7.2.4 天然黃鐵礦活化H2O2去除2，4-二氯酚 232
7.3 FeS2活化H2O2去除雙氯芬酸 235
7.3.1 FeS2活化H2O2降解雙氯芬酸活性試驗 235
7.3.2 雙氯芬酸降解動力學(xué) 242
7.3.3 氧化降解雙氯芬酸的反應(yīng)機(jī)制 245
7.4 本章小結(jié) 247
第8章 黃鐵礦活化H2O2的類Fenton反應(yīng)機(jī)制 249
8.1 類Fenton體系中的自催化作用 249
8.2 FeS2的表面氧化機(jī)制 250
8.2.1 Fe3+對FeS2的氧化作用 253
8.2.2 H2O2對FeS2的氧化作用 255
8.3 影響自催化過程的因素 256
8.3.1 磷酸鹽對自催化過程的影響 256
8.3.2 溶液pH對自催化過程的影響 256
8.4 Fe3+/FeS2/H2O2的協(xié)同催化作用 259
8.5 環(huán)中性條件下黃鐵礦活化H2O2過程次生鐵礦物的關(guān)鍵作用機(jī)制 261
8.5.1 環(huán)中性條件下 OH生成動力學(xué)及累積濃度 262
8.5.2 次生固相鐵物種的可絡(luò)合溶出性 265
8.5.3 次生固相鐵物種的形態(tài)識別 266
8.5.4 黃鐵礦環(huán)中性氧化過程中次生鐵物種的氧化還原行為 271
8.6 本章小結(jié) 274
第9章 強(qiáng)化黃鐵礦活化H2O2類Fenton反應(yīng)活性的方法 276
9.1 絡(luò)合劑強(qiáng)化黃鐵礦活化H2O2類Fenton反應(yīng) 276
9.1.1 酸性條件下常見絡(luò)合劑對FeS2/H2O2體系降解污染物性能的影響 276
9.1.2 中堿性條件下絡(luò)合劑強(qiáng)化黃鐵礦活化H2O2去除氯霉素 287
9.2 還原性硫物種強(qiáng)化黃鐵礦/H2O2降解污染物 295
9.2.1 硫化鈉強(qiáng)化黃鐵礦/H2O2降解氯霉素 296
9.2.2 強(qiáng)化黃鐵礦/H2O2降解對乙酰氨基酚 303
9.3 本章小結(jié) 308
第10章 硫化亞鐵礦物活化PDS去除新興污染物 310
10.1 黃鐵礦活化PDS降解對乙酰氨基酚 311
10.1.1 影響因素研究 311
10.1.2 反應(yīng)過程探究 313
10.1.3 黃鐵礦重復(fù)利用性能 315
10.1.4 黃鐵礦活化PDS/H2O2過程中pH變化 316
10.1.5 穩(wěn)定pH條件下黃鐵礦活化PDS/H2O2降解ACT 316
10.1.6 堿活化PDS氧化降解ACT 317
10.1.7 反應(yīng)過程中黃鐵礦表面鐵和硫形態(tài)分析 318
10.1.8 黃鐵礦活化PDS與CuS-PDS和ZnS-PDS反應(yīng)的對比 320
10.1.9 活性氧化物種識別 321
10.1.10 ACT降解路徑分析 322
10.1.11 硫化物對黃鐵礦/PDS降解ACT的影響 325
10.2 硫化亞鐵活