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天然沸石负载纳米零价铁(Z-NZVI)可渗透反应墙原位修复地下水中氯代烃

文章出处:人气: 发表时间:2021-01-19 00:00

  氯代烃(如三氯乙烯TCE、四氯乙烯PCE)属于重质非水相液体,是工业场地地下水中最常见的持久性有机污染物。纳米零价铁(nZVI)因其巨大的比表面积和高反应活性,成为还原脱氯原位修复的热点材料。然而,未修饰的nZVI颗粒由于范德华力和磁力的作用极易团聚,其在水中的迁移能力和有效反应面积大打折扣。将其负载于廉价、多孔的载体材料上是解决这一问题的有效途径。天然沸石因其三维连通孔道、优异的水热稳定性和阳离子交换能力,是nZVI的理想载体之一。沸石骨架中的负电荷和交换性阳离子(如K⁺、Na⁺)可有效吸引并固定带正电的亚铁离子和铁离子,延缓nZVI颗粒的团聚和钝化。

  本研究选用天然斜发沸石粉末,先经酸洗和钠化改性增大其比表面积,然后在其表面通过液相还原法(NaBH₄还原FeSO₄)原位生成并负载nZVI颗粒,制得Z-NZVI复合材料。TEM图像显示,nZVI颗粒(粒径约50-80nm)均匀分散在沸石片状基体上,未见明显团聚。柱实验模拟了PRB的长期运行。在进水TCE和PCE浓度各为10mg/L、空床接触时间(EBCT)60分钟、模拟地下水离子背景下,Z-NZVI复合填料柱在运行的前90天内,对TCE和PCE的去除效率均稳定在95%以上,出水浓度低于0.5mg/L。而纯nZVI柱在运行到第40天后,去除效率便开始快速下降,至90天时去除率仅剩40%左右。XPS分析揭示,反应后Z-NZVI中铁的零价态峰(Fe⁰)仍明显存在,而纯nZVI表面已被厚层的FeOOH和Fe₃O₄钝化层覆盖。

  产物分析表明,TCE和PCE的还原脱氯路径以β-消除为主,主要产物为乙烯和乙烷,氯离子浓度与去除的氯代烃符合化学计量关系。复合填料柱的渗透系数在90天内仅下降约15%,远优于纯nZVI柱(下降约50%)。其优良的渗透性维持归因于沸石载体骨架的支撑作用。该研究证实,以天然沸石为载体的Z-NZVI复合材料可作为一种高活性、长寿命、低渗透损失的反应性介质,应用于地下水中氯代烃污染羽的PRB原位修复。

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