铁基非晶粉末在污水净化中的应用毕业论文

1、铁基非晶粉末在污水净化中的应用摘要在有机废水处理行业，零价铁作为一种价格低，应用工艺简单的材料，已经早已应用到了该领域中。但是铁粉极易被腐蚀的缺点也显而易见，难以被二次利用，而铁基非晶作为一种结构非晶的零价铁，相比于零价铁，具有更好的抗腐蚀性，而且金属非晶本身的优异性能也使其具有更大的应用前景。本论文先做了铁粉与铁基非晶粉末在处理有机废水（甲基橙）时的对比实验。实验结果表明，非晶粉末在降解甲基橙溶液时比铁粉具有明显的优越性，而且非晶粉末比球磨非晶和球磨退火非晶的降解效率更好。之后通过改变反应温度、粉末投加量以及甲基橙溶液的初始PH值研究了影响铁基非晶降解甲基橙溶液的影响因素。实验结果表明，反应

2、温度越高，溶液初始PH值越低，非晶粉末投加量越多，降解反应进行的越快，降解的效率也越高。反应温度越高，反应物分子的平均动能增大从而加快反应速率，加快非晶粉末降解甲基橙溶液。非晶粉末投加量的增加可能增加了非晶粉末表面的活性位点，从而为反应提供更多的机会，提高了非晶粉末降解甲基橙溶液的降解效率。PH值对降解反应有着较大的影响，不仅加快了降解反应速率，而且在PH值足够低时，还改变了甲基橙染料的组成结构，使降解反应更容易发生。关键词：铁粉，铁基非晶，偶氮染料，甲基橙Application of Fe-based amorphous powders in sewage purificationAbstr

3、actIn organic wastewater treatment industry,zero-valent iron(ZVI) as a lowprice,simple materials application technology,has already used in this fields.But the corrosion of iron powder are obvious,so it is hard to be secongary use.Iron-based amorphous as an amorphous structure of zero-valent iron,co

4、mpared with zero-valent iron,with better corrosion resistance,and the excellent properties of the amorphous metal itself make it has greater prospect. This paper have performed a contrast experiment between Iron powder and iron-based amorphous powder in the treatment of organic wastewater (methyl or

5、ange).The result showed that the amorphous powder on the degradation of methyl orange solution has better effect than the iron powder, and the amorphous powder has the better effect than milling amorphous and mlling annealing amorphous. By changing the reaction temperature, powder add quantity as we

6、ll as the the initial PH of solution studied the influence factors of the iron-based amorphous degradation of methyl orange solution.The experiment results show that the initial solution PH is lower, amorphous powder dosing quantity is more, and degradation reaction is faster, the degradation effici

7、ency is higher. The reaction temperature is higher, average kinetic energy of reactant molecules has been increased so as to speed up the reaction rate. Increasing Amorphous powder dosage may build up the amount of active sites on the surface of amorphous powder , thus to provide more opportunities

8、for reaction and improve the efficiency of the degradation of methyl orange solution of amorphous powder. PH value has a so great influence on the degradation reaction that not only accelerated the degradation reaction rate, also changed the structure of methyl orange dye when the PH is low enough w

9、hich makes the degradation reactions are more likely to happen.Key words: Iron Powder, Iron-based Amorphous Alloy，Azo Dye，Methyl Orange目录摘要IAbstractII1.绪论11.1我国水污染现状11.2污水及其处理办法21.2.1污水的构成21.2.2污水处理技术简介31.3零价铁污水处理技术41.3.1零价铁的性质与去污机理41.3.2零价铁在不同污水处理中的应用进展61.3.3零价铁废水处理技术的研究方向81.4铁基非晶合金91.4.1非晶合金简介91.4

10、.2铁基非晶合金的性质及其应用101.5课题的意义和目的112.实验方法及设备132.1实验方案132.2偶氮染料废水降解实验132.2.1实验设备132.2.2实验材料142.2.3试验方法142.3降解效果测定142.3.1方法原理142.3.2实验仪器142.4扫描电子显微镜分析152.5 X射线衍射仪分析163.实验结果与讨论183.1四种降解材料的X射线衍射图谱分析183.2四种材料降解偶氮染料废水的效率对比203.3扫描电镜图像与分析233.4非晶粉末降解偶氮染料的影响因素253.4.1非晶粉末投加量对降解效果的影响253.4.2反应温度对降解效果的影响283.4.3溶液初始PH值

11、对降解效果的影响314.结论35致谢36参考文献371.绪论1.1我国水污染现状水是人类赖以生存和发展的重要资源之一。是生命的源泉，也是工农业生产和经济发展不可取代的自然资源。水资源不仅影响、制约现代社会的可持续发展，也直接关系到人类的生存与发展1王盼.铁基非晶在苯酚废水处理中的应用D.山东大学学位论文.2012.。长期以来，人们一直认为水是“取之不尽、用之不竭”的资源。但近半个世纪以来的事实表明，随着人类对水资源的利用范围不断扩大、强度不断增加，对水的需求量在许多国家和地区已大大超出水资源的产出，水资源危机频频告急。近年来随着人口的迅速增长以及经济的快速发展，水资源危机日益严重。甚至在那些水

12、资源比较丰富的国家和地区，由于在开发、利用水的同时也污染了水资源，也出现了水质型水资源缺乏的问题2孙铁珩，周启星，李培军污染生态学M北京：科学出版社，2001。根据联合国报告显示，1997年人均水资源为7800m3，预计到2025年会降低到5500m3。因此水资源问题成为了全球资源环境的首要问题。我国人均水资源拥有量仅为世界平均水平的四分之一，因此水资源短缺情况较为严重。根据联合国2008年的数据，我国拥有全世界21%的人口，但只占水资源总量的6%，人均水资源量仅为世界人均水平四分之一左右，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。中国658个城市中，有三分之二以上缺水。近年来我国的工业化水平得到了迅

13、猛发展，这在带动全国经济飞速发展的同时也增加了对水资源的整体需求量以及我国污水排放总量。2001年到2010年度，我国废水排放总量呈现逐年上升的趋势，从2001年的全国污水排放总量为4284亿吨到2010年的617.3亿吨。平均每年的废水排放增长率为4%3孙德志，于秀娟，冯玉杰，环境工程中的高级氧化技术M.化学工业出版社，2002.。而且废水中的污染物种类也呈现多样化发展。主要包括化学有毒物质、无机固体悬浮物、重金属、酸碱以及有机需氧物质等。工业废水处理投入较大、收益较低的缺点影响了企业处理废水的积极性，大量工业废水未经处理直接排入江河湖海中，造成严重的水污染，从而加剧了我国的水资源短缺状况。

14、根据2010年中国水质监测报道,我国地表水污染较为严重，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系总体存在着轻度污染4中国水质监测报道N.2010.。我国七大水系流域中的水资源仅有50%左右符合地面水三类标准，剩余的50%为lV类、V类甚至是劣V类无法饮用的。而对全国182个城市开展的地下水水质监测工作的结果分析表明，在进行水质监测的4110个监测点中，水质为优良级、良好级、较好级、较差级、极差级的分别占全部监测点的10.2%、27.6%、5.0%、40.4%、16.8%。水质为较差甚至是极差级的，占全部监测点的57.2%。近几年，中国重大环境污染及事故频频发生，其中水污染事故占一半左

15、右。监察部的统计分析，国内近几年每年水污染事故都在1700起以上。2013年1月山西天脊集团发生苯胺泄漏事故，当地政府事后瞒报，导致苯胺污染了漳河下游，影响了山西、河北和河南等多地居民的正常饮水和生活。2012年2月的广西龙江镉污染，2010年7月紫金矿业水污染和吉林松花江哈工污染，是近几年影响非常严重的水污染事故。水污染不仅对人的身体健康有严重的危害，而且对工农业的生产也有极大的危害。因此，水污染已经成为现阶段对社会经济发展及其它水问题有重大影响并急待懈决的关键问题。如果水污染得不到有效控制，那么无论在提高供水能力，保护水源地，减少水旱灾害风险等方面取得多大成绩，都有可能被水污染的加剧及所造

16、成的巨大损失所淹没5安奎.铁基非晶粉末的污水净化研究D.安徽工业大学毕业论文.2014.。1.2污水及其处理办法1.2.1污水的构成污水(废水)是指受到人为影响，导致水质产生不利变化的自然水体。包括来自居民生活、商业活动、工业生产、及农业生产中排放的各种各样、浓度不同的污染物。污水的成分一般包括6林葆铁基非晶材料在污水处理中的应用D山东大学硕士学位论文2012：195%水；2病原体，如细菌、病毒、朊病毒、寄生虫等；3非致病性细菌；4有机微粒，如排泄物、毛发、食物、呕吐物、纸纤维、植物体、腐殖质等；5可溶性有机材料，如尿素、果糖、可溶性蛋白质等；6无机微粒，如沙子、砂砾、金属微粒、陶瓷等；7可溶

17、性无机材料，如氨、陆盐、海盐、氰化物、硫化氢、硫氰酸脂、硫代硫酸盐等；8动物，如原生动物、昆虫、节肢动物、小鱼等；9大型固体漂浮物，如卫生棉、尿布、避孕套、针、儿章玩具、死掉的动植物等；10气体，如硫化氢、二氧化碳、甲烷等；11乳胶，如油漆、粘结剂、染发剂、乳化油、沙拉酱等；12毒素，如杀虫剂、毒药、除草剂等；13药品及荷尔蒙等。简单地说，污水的成分及其复杂是由于各种来源的污水混合在一起导致的。1.2.2污水处理技术简介污水处理即为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多

18、地走进寻常百姓的日常生活。按污水来源分类，污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水，是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括漂浮和悬浮的大小固体颗粒、胶状和凝胶状扩散物以及纯溶液等。在污水处理上，目前主要采用中和、沉淀、曝气、生物处理、混合稀释和过滤等手段，处理的目的是基本满足排放水质的要求，并且，总体处理率并不高。污水处理按照其作用可分为物理法、生物法和化学法三种7张敬东，张家华污水处理技术的新发展J环境技术，1997：（1）物理法：物理法主要利用物理作用分离污水中的非溶解性物质，在处理过程中不改变化学性

19、质。常用的有重力分离、离心分离、反渗透、气浮等。物理法处理构筑物较简单、经济，用于村镇水体含量大、自净化能力强、污水处理程度要求不高的情况。（2）生物法：生物法利用微生物的新陈代谢功能，将污水中呈溶解或胶体状态的有机物分解氧化为稳定的无机物质，使污水得到净化。常用的有活性污泥法和生物膜法。其处理程度比物理法要高。（3）化学法：化学法是利用化学反应作用来处理或回收污水的溶解物质或胶体物质的方法，多用于工业废水。常用的有混凝法、中和法、氧化还原法、离子交换法等。化学法处理污水效果好，但费用高，多用作生化处理层的出水，作进一步的处理，提高出水质量。生物活性污泥法是目前使用最广的生物处理技术。活性污泥

20、法是一种污水的好氧生物处理法。它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，同时也能去除一部分磷素和氮素。活性污泥法自1912年由Arden和Lockett开创至今，已经过100年的发展与实践，在供氧方式、运转条件、反应器形式等方面不断得到革新和改进8张锡辉，刘勇弟废水生物处理M北京：化学工业出版社，环境科学与工程出版中心，2003：123142。总的说来，活性污泥法的主要优点是能以相对合理的费用得到优良的出水水质，这是因为排放之前细胞物质就从废水中去除；主要缺点是可控制性差，要达到期望的水质，往往需要复杂的操作技能，提高微生物对环境和水质变化的

21、适应能力，降低生化操作及运转管理的复杂性是革新活性污泥法的目的。除了常用的生物活性污泥法，生物膜法和生物接触氧化法也常用于污水处理。生物膜法也是利用微生物去除水中有机物的方法，但是区别在于，生物膜法中微生物是附着在物质表面的，所以生物膜法处理系统有称为附着生长系统。相比于生物活性污泥法，生物膜法有很多优点9喻泽斌，王敦球，张学洪城市污水处理技术发展回顾与展望N广西师范大学学报，2004，22(2)：8284。例如，较高的脱氮能力、更广的适用性、大的单位体积处理能力以及低能耗等。但由于长期以来生物滤池采用碎石作为填料(滤料)，因其体积负荷和有机物去除率都较低，卫生条件也较差加之处理构筑物又有可能

22、被堵塞等缺点。于是生物滤池逐渐被活性污泥法取代。近年来，生物膜法也有了很大的发展，受到越来越多人的关注，现在已经形成了一套较完整的污水处理体系。但是仍有需要改进的地方，例如在理论研究上须有所发展和突破；工艺设计的优化；研究适用的轻质高强、价廉、使用寿命长的滤池滤料；生物膜法除磷脱氮的研究等方面。生物接触氧化法是界于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺10王彩霞城市污水处理新技术M北京：中国建筑工业出版社，1990，1548。因此它兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点。由于其中滤料及其上生物膜均淹没在水中，故又称之为淹没式生物滤池。总的来说，生物接触氧化法的特点是：具有较高的容积负荷；不存在污泥

23、膨胀问题，运行管理简便；对水质水量的变化有较强的适应能力。事实上，早在19世纪就有人利用生物接触氧化法处理废水，但由于当时缺乏合适的填料，因此没有得到重视。到了20世纪60年代以来，由于越来越多的新型合成材料的出现，生物接触氧化法逐渐成为研究的热门，我国于1975年也研究成功。总的来说，传统的污水处理方法在理论和实际运行等方面都已经比较成熟。但是随着社会的发展，污水越来越复杂化的同时，人们的环保意识也逐渐提高。这就需要有更高效，更节能的污水处理方法。1.3零价铁污水处理技术1.3.1零价铁的性质与去污机理近年来零价铁处理污水的方法不断发展，用它来进行各种污水的处理取得了良好的效果11陈郁，全燮

24、.零价铁处理污水的机理及应用J.环境科学研究.2000.。铁，原子量为55.847，为灰色或银白色硬而有延展性的金属。单质密度8.90，熔点1495，沸点2887。工业的或普通的铁必含有少量碳、磷等杂质，在潮湿空气中易生锈。铁化学性质活泼，来源丰富，价格低廉。零价铁具有一定的比表面积，电负性很大，电极电位EFe2+/Fe=0.44V，具有还原能力，可将金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来并沉积在铁的表面，还可将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原。Fe2+具有还原性，EFe3+/Fe2+0.771V，因而当水中有氧化剂存在时，Fe2+可进一步被氧化成Fe3+，并在一定的pH条件下，可形成

25、铁的氢氧化物，其对溶液中的污染物有吸附和絮凝的作用。当把含有杂质的铸铁或纯铁和碳的混合颗粒浸没在水溶液中时，铁与碳或其他元素之间形成无数个微小的原电池。电极反应如下：阳极反应：Fe-2eFe2+，E（Fe2+/Fe）=-0.440V；阴极反应：2H+2e2HH2, E(H+/H2)=0.00V；当水中溶解氧时：O2+4H+4e2H2O， E(O2)=1.23V；O2+2H2O+4e4OH-，E(O2/OH-)=0.40V。零价铁污水处理技术作为一种新的水处理技术最初就应用于印染废水的处理，并取得很好的效果，引起国内外环保研究学者的关注，并进行大量的研究，已有很多专利和实用技术成果。微电解工艺对

26、废水的脱色有良好的处理效果，且以废治废，运行费用低，被认为是最有应用前景的污染物治理技术之一。零价铁的去污机理可归纳如下：（1）铁的还原作用由于铁是活泼金属，具有还原能力，因而在偏酸性水溶液中能够直接将染料还原成胺基有机物。因胺基有机物色淡，且易被氧化分解，故废水中的色度得以降低。废水中的某些重金属离子也可以被铁还原出来，其他氧化性较强的离子或化合物可被铁还原成毒性较小的还原态。另一方面，在酸性溶液中，反应所产生的新生态H，具有较大的活性，能与溶液中许多组分发生反应，使官能团发生变化，改变有机物原有性质，与Fe2+共同作用，能破坏发色基团结构，使偶氮键破裂，达到脱色目的。还原金属离子将金属离子

27、还原为单质。以Hg2+为例，铁可将Hg2+还原为Hg。将高价态的金属还原为低价态。以铬为例，反应如下：还原偶氮染料的发色基团电子传递作用铁是生物氧化酶中细胞色素的重要组成部分，可以通过Fe2+、Fe3+之间的氧化还原反应进行电子传递，铁离子的这种电子传递作用对生化反应具有促进作用，可有效提高生化反应速率。（2）混凝吸附作用在偏酸性条件下处理废水时产生大量的Fe2+和Fe3+，当pH调至碱性并有氧存在时，会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮状沉淀，Fe(OH)3还可能水解生成Fe(OH)2+、Fe(OH)2+等络离子，它们都有很强的絮凝性能。这样废水中原有悬浮物，以及通过微电解产生的不溶性物质

28、和构成色度的不溶性物质均可被吸附凝聚，从而使污水得以净化。（3）微电解作用铁具有电化学性质。其电极反应的产物中新生态的H和Fe2+能与废水中许多组分发生氧化还原作用，可破坏染料的发色或助色基，使之断链，失去发色能力；可使大分子物质分解为小分子的中间体；使某些难生化降解的化学物质变成易生化处理的物质，提高水的可生化性。近年来对零价铁去污机理的研究主要是运用高科技的检测仪器，如紫外-可见光吸收光谱、高效液相色谱(HPLC)、UV-Vis全波段扫描和电动势扫描、质谱等分析处理前后废水中分子结构的变化。除此之外，还有的从反应动力学方面来研究零价铁去污反应的机理。Haining Liu等12Hainin

29、g Liu，Guoting，Jiuhui Qu，Huijuan LiuDegradation of azo dye acid orange 7 in water by Fe0/granular activated carbon system in the presence of ultrasoundHazardous Materials，2007，144(1-2)：180186用零价铁对偶氮染料酸性橙降解分为两步，第一步生成中间产物，第二步偶氮键完全断裂。并利用X射线能谱仪（EDS）对铁表面作了表面化学分析，通过高效液相色谱对生成物作了分析。夏庆余等13夏庆余，林智虹，郑曦高铁酸盐对偶氮类染料

30、的降解脱色研究J福建师范大学学报(自然科学版)，2004，20(3)：5053利用红外光谱技术对降解后产物进行化学组成分析，运用紫外光谱分析反应前后染料吸收峰的变化。陈灿等14陈灿，施汉昌铁屑法处理含染料废水中铁屑表面化学研究J环境化学，2004，23(1)：9095采用扫描电镜和X射线光电子能谱技术对铁屑法处理染料废水中铁屑反应前后的表面进行了研究，结果表明铁屑表面快速氧化是染料脱色的关键和前提步骤。裴婕等15裴婕，周广运零价铁还原降解活性艳红 X-3B 的动力学研究J大连大学学报，2003，24(2)：4951研究结果表明零价铁对活性艳红X-3B的脱色反应符合准一级动力学过程，且随着铁粉的

31、表面积增大及溶液的pH降低，反应动力学常数增大。1.3.2零价铁在不同污水处理中的应用进展（1）含重金属离子废水零价铁处理废水最早始于对电镀废水和含重金属离子废水的处理。国内外许多科学研究结果表明:增加铁粉量、酸性条件有利于对废水的处理，铁粉颗粒粒径对处理效果也有重要的影响。从热力学角度来看，零价铁能够还原多种高价态的重金属。当前各国地下水砷污染问题日益严重，对其的治理远比地表水困难得多。由于零价铁性质活泼，具有处理过程简单、材料充足、经济和环境友好等特点，在地下水砷污染修复的研究中被广泛应用16付丰连. 零价铁处理污水的最新研究进展J.工业水处理.2010.。J.A.Lackovic等17L

32、ackovic J A，Nikolaidis N P，Dobbs G MInorganic arsenic removal by zero - val entironJEnvironEng.Sei.2000，17 (1)：29 - 39全面评价了零价铁除砷的技术，认为零价铁能有效地去除水溶液中的As(III)和As(V),并将As处理到5ug/L以下；砷的去除效率与零价铁的比表面积有关，而且铁一砷沉淀生成物相当稳定。尽管已有很多应用零价铁去除砷污染的研究报道，但其对砷的去除机理仍不清楚18Leupin O X，Hug S J，Badrnzzaman A B MArsenic removal f

33、rom Bangladesh tube well water with filter columns containing zerova lent iron filings and sand J EnvironSciTechno1.2005，39 (20)：80328037. 。目前人们认为的除砷机理主要有：吸附共沉淀、吸附、As(III)的氧化/吸附共沉淀和还原/吸附等。（2）偶氮染料废水印染行业是工业废水排放大户，据不完全统计，全国印染废水排放量为3106 4106m3/d，印染废水属难处理的工业废水。全球合成染料中有一半是具有N N发色基的偶氮染料19Liu Haining，Li Guo

34、ting，Que Jiuhui，et a1Degradation of azodye Acid Orange 7 in water by Fe0/granular activated carbon systerm in the presence of ultrasound JHazardMater2007，l44 (1/2):180186 ，这些偶氮染料大部分不能生物降解，采用传统的印染废水处理方法进行处理效果较差。过去的10年中，采用零价铁处理印染废水的新方法得到了广泛关注20Lin Yaotang，Weng Chihuang，Chen FangyingEffective removal o

35、f AB24 dye by nano/micro-size zero-valent ironJ .SepPuri.Techno12008,6 4(1)：26 30。目前对偶氮染料的大量研究表明：当零价铁在适当条件下与染料溶液接触时染料分子中的偶氮键将发生断裂。破坏原染料的发色基或助色基，从而达到脱色目的。S.Nam等21Nam S，Tratnyek P.G Reduction of azo dyes with zero-valent iron JWater Res2000,34(6)：1837一l845发现批量实验中粒状零价铁对9种偶氮染料具有高的脱色速度，然而却存在着随着时间的延长，由于腐蚀

36、产物或其他一些沉淀在铁表面沉积，零价铁会失去活性的问题。W.J.Epolito等22Epolito W J，Yanga H，Bottomley L A，et a1Kinetics of zerovalent iron reduetivetransformatinofthe anthraquinonedye Reactive Blue4 JJHazardMater2008 ，160 (2/3)：594-600. 研究了操作条件和初始浓度对零价铁还原脱色染料活性蓝4的影响。结果表明，随着pH降低零价铁的脱色效率提高，且随着温度、混合强度的提高和盐(100g/LNaCl)及碱(3g/L Na2CO3

37、和1g/LNaOH)的加入,零价铁对活性蓝4的脱色效率进一步提高。（3）氯代有机物废水对于氯代有机物污染的治理有生物法和非生物法，由于生物法降解缓慢，而且大多氯代有机物对微生物都有毒性，所以使用上受到一定的限制。T.Senzaki等23Senzaki T，Yasuo KRemoval of organochloro compounds by reductive treatmentt reatment of 1，1，2，2一tetraehloroethane with iron powderJ Kogyo Yousui 1 988，357(2-7):1-12.于20世纪80年代首次报道了用零价铁

38、去除水体中的氯代有机物。自1992年R.WGillham等24Gillham R W，OHannesin S FMetaleatalysed abiotic degradation of halogenated organic compoundsC/International Association of Hydrologists Conference：Mo dern Trends in HydrogeologyHamiltonOntario，Canada：1992 l-10提出零价铁可以用于地下水的原位修复后，零价铁降解有机氯化物就成为了一个非常热门的研究领域。目前零价铁在处理氯代有机物方面

39、的应用研究极为广泛，国内外在该领域都开展了很多研究工作。主要是氯代有机物的还原脱氯处理，所研究的氯代有机物包括四氯化碳、氯仿、五氯苯酚、多氯联酚以及有机氯农药等。 Zhiyuan Wang等25Wang Zhiyuan，Peng Pingan，Huang WeilinDechlorination of hexachlorocye lohexane by zerovalent metallic ironJJHazardMater2009，166 (2/3)：992-997 研究了在不同pH、不同加铁量和温度下粒状零价铁对一六六六的脱氯性能。结果发现一六六六能迅速被还原成苯和氯苯，其中苯是主要产物

40、。随着反应温度的升高和零价铁量的增加，一六六六脱氯速度加快；随着pH的升高，脱氯能力下降。陈宜菲等26陈宜菲，陈少瑾Fe0还原土壤中不同结构甲基和氯代硝基苯J环境科学与管理，2008，33(11)：6971采用零价铁在常温常压下分别还原土壤中邻、间、对三种氯代硝基苯和硝基甲苯。结果表明：相同取代基在苯环上的取代位置对还原率的影响差别不大。1g土壤中含硝基芳烃化合物为2.5 xl0-6mol时，在25下投加零价铁0.05g，经过5d反应，邻、间、对三种硝基甲苯的还原率均在70%左右，三种氯代硝基苯的还原率90%。 （4）硝基芳香族化合物废水硝基苯类化合物结构稳定，不易被生物分解，在环境中难以降解

41、，且大多具有较强毒性，能通过皮肤和呼吸被人体吸收，造成中毒甚至引起死亡。自20世纪90年代以来，零价铁被应用于处理水体中的硝基苯类化合物，如硝基苯、二硝基苯、硝基苯酚、2,4一二硝基甲苯(DNT)以及2,4,6一三硝基甲苯(TNT)等。由于零价铁能有效还原苯环上的硝基，将其转化为苯胺类化合物，增强其可生化性，因此能达到彻底降解硝基苯化合物的目的27Keum Y S，Li QReduction of nitroaromatic pesticides with zero valent ironJC hemosphere，2004，54 (3)：255263.。王国贤28王国贤零价铁还原硝基苯的反应

42、机理及影响因素J 水资源保护，2007，23 (4)：8587.利用零价铁的还原性质，将难生物降解的有机物硝基苯先还原生成亚硝基苯，然后再进一步还原成可生物降解的苯胺。在室温和酸性条件下,控制反应体pH为6.07.5，E为-172-266mV，可使硝基苯的还原率达到97.4%。 （5）硝酸盐废水尽管早在1964年就已报道零价铁可以还原硝酸盐，但是与研究其他污染物的还原相比，硝酸盐还原的研究还是很少。大多数的研究认为铵是硝酸盐还原反应的最终产物，也有少数研究认为亚硝酸盐是反应中间产物。许多研究者报道在环境条件下批量实验中零价铁去除NO3-需要花几小时到几天的时间。C.Su等29Su C，Puls

43、 R WNitrate reduction by zerovalent iron：effects of formate，oxalate，citrate，chloride，sulfate，borate，and phosphate J EnvironSciTechno12004 ，38 (9)：27152720.用零价铁还原硝酸盐，当pH从2.89变到6.5时,NO3-的半衰期从(7.590.23)h升到(31330)h。M.J.Alowitz等30Alowitz M J，Scherer M MKinetics of nitrate，nitrite and Cr (VI) reduction by

44、 iron metal JEnvironSci TechnoL，2002，36(3)：299306报道pH从5.5上升到9.0，半衰期从(25.70.7)h升到(247.67.6)h，用零价铁还原硝酸根需要酸性和高浓度缓冲溶液。J.M.Rodriguez-Maroto等31Rodriguez-Maroto J M，GarciaHerruzo F，GarciaRubio A，et a1Kinetics of the chemical reduction of nitrate by zero - valent iron JChemosphere，2009，74(6)：804 809.研究了在特定p

45、H下，零价铁用量变化时硝酸盐反应动力学的问题，研究发现 Eley-Rideal动力学模型能较好地解释硝酸盐还原和pH的复杂关系。 1.3.3零价铁废水处理技术的研究方向（1）纳米级零价铁的研究。在20世纪80年代末，纳米零价铁颗粒作为一种有效的脱卤还原剂受到人们关注32程荣，王建龙，张伟贤纳米金属铁降解有机卤化物的研究进展J化学进展2006 (18)：9399。最近，Xin Zhang等33Zhang Xin，Lin Yuman，Chen Zuliang.2，4，6一Trinitrotoluene reduction kinetics in aqueous solution using nan

46、oscale zerovalent iron JJHazedMater2009，165( 1，2，3 )：923927.研究了纳米零价铁降解溶液中的TNT，结果表明，准一级反应符合TNT的降解。303K时其反应速率常数0.761h-1，是普通铁粉的7.8倍。纳米零价铁还原TNT的活化能为24.85kJ/mol，要比普通铁粉的活化能降低60%。利用纳米零价铁去除污染物是目前颇有潜力的环境修复技术，并且有着广阔的发展前景34Huang Qingguo，Shi Xiangyang，Pinto R A，et a1Tunable synthesis and immobilization of zero-

47、valent iron nanopartieles for environmental applicationsJEnvironSci.Techno1.2008，42(23)：88848889。然而由于纳米零价铁的表面易氧化使其反应性降低,所以延长纳米零价铁的使用时间是亟待解决的问题。为提高反应效率，需要进一步研究纳米零价铁的制备方法，解决铁颗粒易团聚问题。（2）零价铁降解污染物的机理。对于零价铁还原降解有机物的机理以及反应产物和反应途径等，目前国际上争论较大，还有待于进一步的研究。 （3）零价铁与其他技术的联用。零价铁还原降解污染物可能会产生有毒的中间产物，不能将污染物完全矿化为无机物，可以

48、考虑改善反应条件或者与其他处理方法联用，比如零价铁与Fenton法联用35Barreto-Rodrigues M，Silva F T，Pmva T C BCombined zero-valent iron and Fenton processes for the treatment of Brazilian TNT industry wastewater JJHazardMater.2009，165( 1 ，2 ，3)：12241228. 。超声波协同零价铁降解氯代有机物是近年来发展起来的一种新方法。其集高级氧化还原于一体，涉及气、固、液三相，反应复杂。目前国内外已有的研究成果表明超声波/零价

49、铁体系对污染物具有较好的降解效果36汤心虎，黄丽莎，莫测辉，等超声波协同零价铁降解活性艳红X一3BJ环境科学，2006，27 (6)：11231126，但其中的主导作用，以及这些作用与目标污染物的分子结构的关系，都是值得深入探讨的问题。 1.4铁基非晶合金1.4.1非晶合金简介非晶合金，或称为金属玻璃，它是20世纪70年代问世的一种新型材料。自1960年Duwez教授等首次通过快淬法成功地制得AuSi非晶合金以来37王庆，夏雷，肖学山，李维火，董远达.大块非晶合金的研究进展J.自然杂志.23卷3期.，由于其独特的结构，兼有金属和玻璃的特性，如高强韧性、优异的耐蚀性能和磁性性能等，在材料科学领域

50、里引起了广泛的关注。经过数十年的努力，研究者通过锤砧、单(双)辊、雾化等一系列快速凝固法得到了很多不同体系和种类的非晶合金；并使得非晶合金优异的磁学性能和耐蚀性能得到了一定的应用，如变压器中的低铁损铁芯材料以及NiP耐蚀镀层等。在以往数千年中，人类所使用的金属或合金都是晶态结构的材料。晶态材料呈现周期性和长程有序的结构，而非晶材料具有短程有序，长程无序的结构。晶态合金由合金熔体在常温下浇铸凝固得到，经历了完整的形核及晶粒长大过程，而非晶态合金由液态激冷或物理化学沉积而得，跳过了形核、长大等结晶过程，避开了大尺度范围内的原子重排，从而形成与传统晶态材料完全不同的结构。非晶合金在平衡状态呈现理想的

51、致密、无序原子堆积，因此没有晶体那样的晶界、位错、滑移面等结构，其通性是物理、化学及力学性能的各向同性和随温度变化的连续性，在热力学上处于介稳状态，在晶化温度以上即可克服一定大小的能垒而转变为晶态。特殊的结构产生了迥异的性能，相对于晶态合金，非晶态合金具有优异的力学性能，磁学性能和耐蚀性能，自其问世以来就成为人们研究的热点。同时由于制备过程中需要极高的临界冷却速度(106K/s)，因此只能制备粉末，薄带等低维尺寸的合金样品，在实用设计和商业生产方面受到极大的限制。因此，研究如何克服形状和尺寸的限制，制备块体非晶合金，具有重大的技术和经济价值。块体非晶合金是一种尺寸大于1mm38高凯雄，寇中生，

52、于朋等. 块体非晶合金研究现状J.铸造工程.2012年第2期.，内部结构为非晶态，即原子排列具有长程无序、短程有序的新型金属材料。由于块体非晶合金内部特殊的原子结构，使其具有高强度、高弹性极限、高耐蚀性和优异的磁性能等一系列不同于传统金属材料的性能。1938年，Kramer首次报道了用蒸发沉积法制备出非晶态薄膜，1950年Brenner 等采用电沉积法制备出Ni-P非晶态薄膜。1951年，美国物理学家Turnbull通过水银的过冷试验提出，液态金属可以过冷到原理平衡熔点以下而不产生形核与长大。根据他的理论，在一定条件下，液态金属可以冷却到非晶态。因此，Turnbull 实际上是非晶态合金的理论

53、奠基人。1960年，美国加州理工学院的Duwez小组发明了快速凝固技术。冷却速度可以达到 l05106 K/S，在该冷却速度下Au75Si25 金属熔体越过结晶相的形核和生长而形成过冷液体，即非晶态合金，这是世界上首次报道的非晶合金。假如定义毫米尺度作为“块体”的话，具有毫米级直径的 非晶棒首先是由贝尔实验室的Chen，于1974年在约103K/S冷却速度条件下用Pd-Cu-Si熔体得到的。2O世纪80年代前期，Turnbull等采用B2O3溶剂包覆净化法以10 K/S的速度制备出了厘米级的Pd Ni-P非晶。20世纪8O年代后期，A.Inoue等在日本东北大学成功发现，主要由普通元素组成的新

54、多组元合金系可以在低冷却速度下形成块体非晶合金。2000年Inoue课题组成功发展了高强度的Cu-Zr-Hf -Ti合金和Co-Fe-Ta-B块体非晶合金。2003年橡树岭国家实验室的Lu和Liu 使Fe基非晶的尺寸从毫米推进到厘米级，最大直径可达12mm；我国哈尔滨工业大学的沈军将Fe基块体非晶合金的尺寸提高到16mm。2004年Johnson 在Pt基合金系中发现了具有高压缩塑性的块体非晶合金体系，他们研制的直径为3mm的Pt基合金的压缩塑性达到20%，突破了过去块体非晶合金压缩塑性一般小于2%的瓶颈。最近，中国科学院金属研究所的Ma等发现了尺寸可达25 mm的Mg-Cu-Ag-Pd非晶态

55、合金。此外中科院物理所的汪卫华从事多组元块体非晶合金的制备工艺、形成规律、结构、物性方面的研究工作。中科院金属所的胡壮麒对块体非晶的计算机模拟及其力学性能方面做了大量研究。1.4.2铁基非晶合金的性质及其应用铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si、B类金属元素所构成。在众多的非晶态合金中39刘凤娟，李然，等. 新型块体铁基非晶合金的形成与性能J稀有金属材料与工程.2008年第37卷.，Fe基非晶态合金因其较高的强度和硬度，较好的抗腐蚀性、优异的铁磁性及其廉价的成本，一直以来受到广泛关注。具有较高非晶形成能力的铁基块体非晶合金的形成将有助于实现其作为结构材料和功能材料的应用。自从1995年在Fe

56、-Al-Ga-P-C-B合金系中首次制备了铁基块体非晶合金以来，铁基块体非晶合金的研究已经取得突破性进展。已经研发了具有较好软磁性的Fe-Al-Ga-P-C-B-Si和Fe-B系合金，具有优异的耐腐蚀性的Fe-Cr-Mo-C-B系合金，具有高的非晶形成能力，临界直径达厘米级的强度为30004000MPa的“非晶钢”系列，以及强度超过4000MPa的Fe-Co-Nb-Si-B系合金等。金属非晶材料都表现出较好的软磁性能，同时还没有磁各向异性，没有结构缺陷。极高的硬度，还具有较好的耐腐蚀性能。铁基非晶合金具有所有金属非晶中最高的饱和磁通密度、及磁导率低、激磁电流低和铁损低等优点。代替硅钢片做配变压

57、器磁芯可节能6070%。广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯等。铁镍基非晶合金具有中等饱和磁通密度、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。比坡莫合金铁损低和机械强度高。广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。目前铁基非晶作为磁性材料，已经占有一定的市场份额。但是铁基非晶的应用研究仅仅集中在电子和电磁领域，在其它方面的应用鲜见报道。零价铁作为一种价格低，应用工艺简单的材料，已经应用于工业废水处理。中国国内将应用零价铁的水处理工艺称为铁碳微电解工艺（简称微电解）。相比于零价铁，铁基非晶比普通的铁/水微电解填料铁屑拥有更大的比表面积。而且，不稳定的结构更容易与废水中的污染物发生反应，可以起到加速腐蚀的效果。更重要的是，铁粉易受腐蚀，铁的快速腐蚀会导致其降解速率的快速衰退，使其二次利用性大大降