氨三基乙酸对零价铁同时还原地下水中六价铬和氯酚类物质的强化机制

Multiple pollution of heavy metals and organic matter in groundwater is a problem to be solved. In this study, efficiency and mechanism of simultaneous reduction of Cr(VI) and chlorophenols as a representative target objects is investigated. The addition of nitrilotriacetic acid a kind of ligand with strong complexation ability can inhibit the formation of surface passivation layer and enhance the reducibility of zero valent iron at the neutral and alkaline conditions. The main contents are as follow: reduction of Cr(VI) and chlorophenols alone and nitrilotriacetic acid enhanced the reduction of Cr(VI) and chlorophenols alone by zero valent iron, simultaneous reduction of Cr(VI) and chlorophenols and nitrilotriacetic acid enhanced simultaneous reduction of Cr(VI) and chlorophenols by zero valent iron. The reduction mechanism is analyzed by product analysis and surface composition analysis of zero valent iron. In the process of simultaneous reduction, the effect of nitrilotriacetic acid on the reduction mechanism and the interaction between several targets are investigated. To provide effective data support for zero valent iron remediation of heavy metals and organic pollutants in groundwater.

地下水中重金属和有机物的多重污染问题亟待解决。本课题以Cr(VI)和7种氯酚类物质为代表目标物，考察零价铁同时还原地下水中Cr(VI)和7种氯酚类物质的效能和机理，并利用外加氨三基乙酸一种络合能力强的配体来缓解零价铁表面钝化层的形成，强化零价铁在中性及碱性条件下的还原能力。主要内容包括：零价铁以及氨三基乙酸强化零价铁单独还原Cr(VI)和7种氯酚类物质的效能；零价铁以及氨三基乙酸强化零价铁同时还原Cr(VI)和7种氯酚类物质的效能；通过产物分析和零价铁表面物相组成分析探究还原机理；考察同时还原过程中氨三基乙酸对还原机理的影响，以及几种目标物之间的相互影响；为零价铁同时修复地下水中重金属和有机物污染提供有效的数据支持。

零价铁（Zero-valent iron，ZVI）具有在酸性条件下反应速度快，价格便宜，环境友好的特点，被广泛用于地下水污染的修复。然而，微米级ZVI在中性及碱性条件下，无论是直接还原还是间接还原过程，ZVI表面生成的Fe(II)均不易从表面脱离而进入主体溶液中，因此，它很容易被氧化成Fe(III)的氧化物或氢氧化物，从而覆盖在ZVI表面，抑制ZVI的腐蚀，并降低ZVI的还原能力。因此，本研究针对上述问题，提出外加有机配体氨三基乙酸（Nitrilotriacetic acid，NTA）的方式来缓解ZVI表面钝化层的形成，提高ZVI在中性及碱性条件下的还原能力，并用于有机物和无机重金属多重污染体系的修复。重点研究NTA对ZVI体系降解氯酚和六价铬效能的影响，目标物性质差异对降解效果的影响，提出目标物在该体系中的降解机制和路径。. 系统考察了溶液初始pH，NTA浓度，ZVI投量，目标物初始浓度对降解氯酚类物质和六价铬效能的影响，优化了最佳的反应条件。在单独六价铬还原体系中，NTA浓度越高六价铬去除率越高，起到主要还原作用的为Fe(II)与NTA的络合物；而在单独降解氯酚类物质的体系中，NTA浓度较高时会抑制氯酚的降解效果，该体系中主要的活性物种为羟基自由基，由于体系中溶解氧的存在，该体系自身可以产生H2O2氧化剂，因此，该体系可通过调节溶解氧的浓度来改变体系中的活性物种。. 考察了ZVI/NTA/O2体系中氯取代位置对降解效果的影响，发现邻位取代的氯酚很难被降解；研究了ZVI/NTA/O2体系中六价铬对氯酚类物质降解效果的影响，发现六价铬的存在会抑制氯酚类物质的降解效率，随着六价铬浓度的提高，抑制作用更加强烈。. 系统比较了ZVI/NTA/O2和ZVI/PDS体系对氯酚类物质的氧化效能，发现以羟基自由基为主的氧化体系对氯酚类物质的脱氯率和矿化率高于以硫酸根自由基为主的氧化体系；ZVI/PDS体系中ZVI表面的钝化程度较严重，会降低后期的反应速率。