零价铁去除污染物机理.ppt

1、零价铁处理污水的机理研究,零价铁的去污机理1,1、铁的还原作用 铁是活泼金属, 电极电位为E( Fe2 + / Fe) =- 01440 V。Fe2 + 离子具有还原性, E( Fe3 + / Fe2 + ) =01771 V ，因而当水中有氧化剂存在时,Fe2 + 可进一步氧化成Fe3 +。 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。,2、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

2、 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。,当把含有杂质的铸铁或纯铁和炭的混合颗粒浸没在水溶液中时,铁与炭或其他元素之间形成无数个微小的原电池。电极反应如下：,3、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

3、絮凝性能。,零价铁去除污水的主要种类简介：,1、含重金属离子废水：零价铁除砷、六价铬 例：利用零价铁处理电镀废水 在酸性条件下Cr(VI) 可被Fe2 + 很快还原为Cr ( ) ,产生的Cr( ) 可通过生成Cr (OH) 3 沉淀去除或生成铁铬水合物或生成铁铬氧化水合物去除。,2、偶氮染料废水 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。 零价铁对于偶氮染料具有高的脱色速度，其具体脱色过程目前还不甚清楚,大致上认为主要是利用了铁的絮凝作用，呈胶体状态的染料将附聚在铁的表面,反复冲洗去掉表面的沉物,达到去除色度的目的。 零

4、价铁去除偶氮染料废水时存在随着时间的延长，由于腐蚀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。,3、氯代有机物废水：四氯化碳、氯仿、五氯苯酚、多氯联苯以及有机氯农药等。 氯代烃在水中的脱氯过程可有3 种途径： 1、金属直接反应,将零价铁表面的电子转移到氯代烃使之脱氯。 Fe + RCl + H+ RH + Fe2 + + Cl 2、铁腐蚀的直接产物Fe2 + 具有还原能力,它可使得一部分氯代烃脱氯,不过这一反应进行得很慢。 3、铁反应产生的氢气可使卤代烃还原。在厌氧状态下,H2O 可作为电子接受体,存在下面反应:2H2O +2e H2 + 2OH- , Fe + 2H2O Fe2

5、+ + H2 + 2OH- ,则:H2 + RCl RH + H+ + Cl - 。 其中最主要的反应是铁表面的反应。如果有合适的催化剂的话,3 种途径均会有效发生。铁的表面、铁中的杂质及系统中的其他固相都可提供这种催化剂。,4、硝基芳香族化合物废水：硝基苯 零价铁与硝基苯的反应如下: R - NO3 + + Fe0 + H+ R - NH2 + + Fe2 + + H2O 阳极反应: Fe Fe2 + + 2e E(Fe2 + / Fe) = - 0.44V 阴极反应: 2H+ + 2e 2H H2 E(H + / H2) = 0.00V 有O2 时: O2 + 4H+ + 4e 2H2O

6、E0 (O2) = 1.23V O2 + 2H20 + 4e 40H- E0 (O2/ OH- ) = 0.40V,零价铁处理硝基苯水溶液的作用机理可归纳为以下几点: a. 电场作用。实验用水为含有硝基苯和苯胺的混合溶液,在该体系中,因为水分子表面的电荷作用,使得溶液中微细的杂质总是以胶体状态存在。当水中的这些胶体粒子和细小分散的有机污染物受微电场的作用后便会产生电泳,向相反电荷的电极方向移动,并且聚积在电极表面,形成大颗粒而发生氧化还原反应。 b. 氢的氧化还原作用。从电极反应中得到的新生态氢具有较大的活性,能使硝基还原为氨基。 c. 铁离子的混凝作用。从阳极得到的Fe2 + 在有氧和碱性条

7、件下,会生成Fe (OH)2和Fe (OH) 3 。反应方程如下： Fe2 + + 2OH- Fe (OH) 2 4Fe2 + + 8OH- + O2 + 2H2O 4Fe (0H) 3 生成的Fe (OH) 3 是胶体凝聚剂,具有较强的吸附能力,废水中的悬浮物以及由微电解作用产生的不溶物可被其吸附凝聚。,d. 铁的还原作用。零价铁作为活泼金属,电负性较大,电极电位EO (Fe2 + / Fe0) = - 0.44V ,还原能力很强,在酸性环境中硝基苯首先在阴极表面获得2 个电子,还原为亚硝基苯,并继续获得2 个电子还原为羟基苯胺,羟基苯胺再得到2 个电子还原为苯胺。但亚硝基苯一般不会积累,会在比硝基苯还原更正的电位下被还原。因此硝基苯还原为苯胺的稳定中间产物应为羟基苯胺。,5、硝酸盐废水,6.放射性物质：铀 零价铁与污染物之间发生的是表面反应，UO22+首先通过吸附从溶液中转移到零价铁表面，随后与铁以 种作用机理而被去除：即： （）将UO22+还原为低价态难溶物； （）2通过表面络合被 吸附； （）UO22+与ICPS形