过渡金属离子对零价金属及还原性铁矿物还原特性的影响研究

The combined pollution in water can’t be removed effectively by the conventional water treatment process. The reduction technology by using zero valent metals is an effective method to solve this problem. The metal ions have effects on the reduction properties of the reductants, there is a need to study the effects systematically. The effects of the transition ions on the reduction properties of zero valent metals and reduced iron minerals and the corresponding mechanism were studied with the emerging pollutants as the target pollutants. The specific contents include: investigation of the effects of transition metal ions on the reduction rates and products and the corresponding rules, establishment of the structure-activity relationship between the reduction rate constants and the structures of the target pollutants; characterization of the reductants before and after the interaction with the transition metal ions, determination of the electrochemical constants of the reductants, establishment of the property-activity relationship between the reduction rate constants and the electrochemical parameters, determination of the reaction mechanism based on the above results; evaluation of the safety of the reductants. This study will provide the data basis for the investigation of the changes of the reductants’ reduction properties under the combined pollution, further improve the reduction theory and provides the theory basis and data support for the application of the metal reduction technology in the water treatment. This project is of the important theoretical and realistic significance.

常规给水处理工艺不能有效去除水中的复合污染，零价金属还原技术是一种能有效解决这种问题的方法，在运用此种技术时金属离子对还原剂的还原特性有所影响，需要进行金属离子对还原剂还原特性影响的系统研究。本项目以新型污染物为目标污染物考察过渡金属离子对零价金属及还原性铁矿物还原特性的影响并进行相应的机理研究。具体内容包括：考察过渡金属离子对还原剂还原有机污染物还原速率和产物的影响并分析其规律，建立还原速率常数和目标物分子结构之间的构效关系；表征过渡金属离子作用前后的还原剂并测定其电化学参数，建立还原速率常数和电化学参数之间的能效关系，并结合效能和产物分析的结果确定还原机理；对还原剂的安全性进行评价。通过本项目的研究将为考察复合污染下零价金属及还原性铁矿物还原特性的变化提供数据基础，进一步完善还原理论，并为金属还原技术在水处理中的应用提供系统的理论基础和数据支撑，具有重要的理论和现实意义。

采用零价金属和还原性铁矿物处理水中金属离子和有机污染物复合污染时，金属离子会影响其对有机污染物的还原特性。本研究进行了过渡金属离子对零价金属及还原性铁矿物还原特性的影响及其机理的系统研究。Mn2+、Co2+、Ni2+和Cu2+可以有效促进零价锌还原亚硝基二甲胺（NDMA）；Ni2+和Cu2+可以有效促进零价铁还原NDMA； Co2+、Ni2+和Cu2+可以有效加快零价锌还原双氯芬酸（DCF）和零价铁还原1,2,3-三氯丙烷（TCP）。考察了pH值、溶解氧浓度、过渡金属离子浓度、转速等因素对过渡金属离子存在体系的影响。NDMA还原体系生成了偏二甲肼（UDMH）和二甲胺（DMA）。在Co2+和Ni2+存在时，DCF有两种产物生成，在Cu2+存在时，DCF有一种产物生成。未测到TCP的产物。过渡金属离子对还原性铁矿物（绿锈、磁铁矿）和新型污染物（NDMA、DCF、TCP）的反应过程影响较小。过渡金属离子存在下零价锌还原NDMA和DCF的机理以催化加氢为主。反应后还原剂表面形貌的不同，生成的不同过渡金属(氢)氧化物，不同的腐蚀速率使得不同过渡金属离子存在下的反应效能和速率不同。不同过渡金属离子存在下零价铁去除TCP体系的反应机理可能是物理吸附，反应后还原剂的表面形貌的差异可能是反应效能和速率的差别的原因。过渡金属离子的投加提高了还原剂金属离子的溶出，反应过程中过渡金属离子浓度大幅度降低。该研究进展为复合污染下零价金属及还原性铁矿物还原特性的变化提供了数据基础，完善了还原理论，并为金属还原技术在水处理中的应用提供系统的理论基础和数据支撑。