地下水中的硅及重碳酸盐对零价铁降解硝基苯的影响研究

地下水中的无机组分，尤其是硅及碳酸盐会在零价铁PRB表面形成钝化膜，降低零价铁的反应性，从而影响PRB的使用寿命。本项研究拟通过批次实验、柱模拟实验，XRD、SEM-EDS分析，研究硅及重碳酸盐在铁表面形成的钝化膜（沉淀）的物相组成；研究pH值、硅酸及重碳酸浓度、反应时间、重碳酸盐种类、水流速度等对沉淀的影响；沉淀对零价铁降解硝基苯的影响；硅对碱氏碳酸铁化合物形成的抑制作用；重碳酸盐对碱式碳酸铁形成的促进作用及促进机理。在此基础上，探索在零价铁PRB中充入二氧化碳气体及加入氯离子、硫酸根离子，控制并减少零价铁表面沉淀的可行性，为PRB的设计及改进提供理论依据。

重碳酸盐是地下水中的主要阴离子，零价铁PRB处理污染物的过程中，体系pH值升高，使碳酸平衡体系产生更多地CO32-，碳酸盐相较于地下水中其他离子更易与铁结合生成沉淀，通常含有Fe2+的碳酸盐沉淀为零价铁腐蚀的中间产物，能够进一步氧化为铁腐蚀的最终产物。. 本项目以硝基苯为目标污染物，考察了不同浓度重碳酸盐（0mg/L、100mg/L、300mg/L、500mg/L和800mg/L）对零价铁活性及表面沉淀物种类的影响；选取氢氧化亚铁（Fe(OH)2），碳酸亚铁（FeCO3）和碱式碳酸亚铁（Fe2(OH)2CO3）作为代表性的零价铁腐蚀中间产物，进行了三种物质的合成条件研究，并探讨了碱式碳酸亚铁的合成条件及稳定区域；通过实验研究了三种中间产物对硝基苯的还原能力。结果表明：. （1）重碳酸盐浓度在100-500mg/L时，对零价铁还原硝基苯有促进作用，且促进作用随着重碳酸盐浓度的升高而增强；重碳酸盐浓度达到800 mg/L时，不利于零价铁对硝基苯的还原。经X射线衍射分析表明，重碳酸盐浓度会影响零价铁表面沉淀物的种类及数量，高浓度的重碳酸盐会生成更多的沉淀，导致零价铁与硝基苯之间的电子转移受阻，硝基苯还原效果变差。. （2）在R=1.1，R´=0.7及R=1.1，R´=0.9两种比例下均可以制备出Fe2(OH)2CO3。按照反应平衡条件，求出了Fe2(OH)2CO3的标准生成吉布斯自由能为-1151KJ/mol；完成了Fe-C-H2O体系Eh-pH图的绘制。Fe2(OH)2CO3稳定场区域的pH值在7.86～10.22，Eh值在-730mV～-390mV之间；Fe2(OH)2CO3稳定场区域镶嵌于FeCO3稳定场内部，随着pH值得降低，Fe2(OH)2CO3更容易转化为FeCO3。. （3）三种中间产物对硝基苯还原能力由高到低的顺序为Fe(OH)2>Fe2(OH)2CO3>FeCO3。. 研究成果对于零价铁表面碳酸盐矿物沉淀的形成机理、沉淀对于零价铁PRB活性的影响、PRB运行的长期稳定性研究具有一定的参考意义。. 项目完成了计划任务中的研究内容，并取得了相应的研究成果。形成研究报告一份，培养硕士研究3名，其中已获学位1名，在读2名；发表EI检索论文一篇，已在返修SCI论文一篇，完成撰写英文论文一篇。