粘土矿物对CFA负载纳米零价铁迁移性的影响研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：

纳米零价铁技术(nano-sized zero valent iron, nzvi)是从20 世纪90 年代开始发展的新型零价铁技术,可直接注射到受污染的地下水以及土壤层.零价铁(fe0)的标准电极电位为-0.44v,可还原多种有毒重金属、卤代有机物、硝氮、高氯酸盐等几乎所有标准电极电位高于零价铁的污染物.零价铁因经济易得和无毒无害的优良性质备受青睐、应用广泛.然而,以往研究表明,纳米零价铁在实验室研究和现场试验中的迁移性和稳定性表现均不理想.主要原因在于分散在水相中的纳米零价铁颗粒由于磁力作用而具有强烈的聚集趋势,形成远超过微米尺寸的枝状絮体和网状结构,降低了它的有效表面积和反应活性.同时,砂粒表面在中性条件下负电,易吸附零价铁颗粒在表面,使零价铁在多孔介质中不易扩散.

已有很多研究关注如何提高零价铁在多孔介质中的迁移距离其中聚合电解质吸附(polyelectrolyte adsorption)是被广泛研究的方法之一.目前,聚合电解质吸附已被验证可有效增加纳米零价铁电泳迁移能力并降低零价铁和多孔介质的粘附效率. 纳米铁颗粒的迁移性主要采用柱实验进行模拟研究.目前常用的 paa 以及cmc 等吸附电解质,均发现可明显促进零价铁在砂柱中的穿透效率.

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

纳米零价铁（nzvi）因具有卓越的还原性,它是一种新兴高效的环境修复技术,已被广泛应用于重金属、卤代化合物、硝酸盐等污染物的治理中.作为一个新的研究领域,近年来纳米零价铁的制备方法不断创新,应用范围越来越广,但其易于团聚和氧化的问题并未得到根本解决.cfa已广泛应用于食品,医药,日化,石油,造纸,纺织,建筑等领域的生产,其中包括高粘度胶体溶液的形成,粘合,增稠,流动性,乳化,成型等信息特征.此外,cfa还可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属例子废水和含油废水.粉煤灰负载的纳米零价铁（cfa-nzvi）具有较高的反应性,研究表明cfa可以显著增强提高nzvi对重金属的去除效率,因此对重金属污染土地和地下水修复具有巨大的潜在应用价值.此次研究土壤中粘土矿物对cfa-nzvi在土壤中修复重金属污染应用效果的影响,尤其对cfa-nzvi材料的稳定性和迁移性的影响。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

使用绿茶茶叶绿色合成纳米零价铁,同时进行cfa的负载.使用新鲜制备的粉煤灰负载的纳米零价铁（cfa-nzvi）进行柱实验,探究在加入不同粘土矿物条件下,对cfa-nzvi在石英砂柱中的迁移的影响.

研究步骤：

4. 参考文献

1. J. Li, X.X. Wang, G.X. Zhao, C.L. Chen, Z.F. Chai, A. Alsaedi, T. Hayat, X.K. Wang,Metal-organic framework-based materials: superior adsorbents for the capture of toxic and radioactive metal ions, Chem. Soc. Rev. 47 (2018) 2322-2356.2. Z.J. Li, Z.W. Huang, W.L. Guo, L. Wang, L.R. Zheng, Z.F. Chai, W.Q. Shi, Enhanced photocatalytic removal of uranium(VI) from aqueous solution by magnetic TiO2/Fe3O4 and its graphene composite,Environ. Sci. Technol. 51 (2017) 5666?5674.3.Y.B Sun., Z.Y. Wu, X.X. Wang, C.C. Ding, W.C. Cheng, S.H. Yu, X.K. Wang,Macroscopic and microscopic investigation of U(VI) and Eu(III) adsorption on carbonaceous nanofibers, Environ. Sci. Technol. 50 (2016) 4459-4467.4. X.Q. Li, W.X. Zhang, Sequestration of metal cations with zerovalent iron nanoparticles: a study with high resolution X-ray photoelectron spectroscopy(HR-XPS), J. Phys. Chem. C 111 (2007) 6939–6946.5. P. Jiemvarangkul, W.X. Zhang, H.L. Lien, Enhanced transport of polyelectrolyte stabilized nanoscale zero-valent iron (nZVI) in porous media, Chem. Eng. J. 170 (2011) 482–491.6. Y. Liu, T. Phenrat, G.V. Lowry, Effect of TCE concentration and dissolved groundwater solutes on NZVI-promoted TCE dechlorination and H2 evolution, Environ. Sci. Technol. 41 (2007) 7881–7887.7. N. Saleh, K. Sirk, Y. Liu, T. Phenrat, B. Dufour, K. Matyjaszewski, R.D. Tilton, G.V.Lowry, Surface modification enhance nanoiron transport and NAPL targeting in saturated porous media, Environ. Eng. Sci. 24 (2007) 45–57.8. C.M. Cirtiu, T. Raychoudhury, S. Ghoshal, A. Moores, Systematic comparison of the size, surface characteristics and colloidal stability of zero valent iron nanoparticles pre- and post-grafted with common polymers, Colloids Surf. A 390 (2011) 95–104.9. T. Raychoudhury, N. Tufenkji, S. Ghoshal, Straining of polyelectrolytestabilized nanoscale zero valent iron particles during transport through granular porous media, Water Res. 50 (2014) 80–89.10.B. Schrick, B.W. Hydutsky, J.L. Blough, T.E. Mallouk, Delivery vehicles for zerovalent metal nanoparticles in soil and groundwater, Chem. Mater. 16 (2004) 2187–2193.11.S.R. Kanel, D. Nepal, B. Manning, H. Choi, Transport of surface-modified iron nanoparticle in porous media and application to arsenic(III) remediation, J.Nanopart. Res. 9 (2007) 725–735

5. 计划与进度安排

2.2022.03.08-2022.04.06 学习采用绿茶茶叶与硫酸铁盐合成纳米零价铁，使用粉煤灰进行负载的方法；

3.2022.04.07-2022.05.30 进行试验，开始合成cfa-nzvi；探究在加入不同粘土矿物条件下，对cfa-nzvi在石英砂柱中的迁移的影响；

4.2022.06.01-2022.06.09 总结前期工作，完成中期答辩前准备工作；