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还原铁粉能去除地下水中的硝酸盐氮

更新时间:2016-07-09     来源:http://www.myjsyj.com/    浏览:         分享:
摘要:铁粉尺寸小于1mm的铁的颗粒集合体。颜色:黑色。是粉末冶金的主要原料。按粒度,习惯上分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和超细粉五个等级。粒度为150~500m范围内的颗粒组成的铁粉为粗粉,粒度在…

      铁粉尺寸小于1mm的铁的颗粒集合体。颜色:黑色。是粉末冶金的主要原料。按粒度,习惯上分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和超细粉五个等级。粒度为150~500μm范围内的颗粒组成的铁粉为粗粉,粒度在44~150μm为中等粉,10~44μm的为细粉,0.5~10μm的为极细粉,小于0.5μm的为超细粉。一般将能通过325目标准筛即粒度小于44μm的粉末称为亚筛粉,若要进行更高精度的筛分则只能用气流分级设备,但对于一些易氧化的铁粉则只能用JZDF氮气保护分级机来做。铁粉主要包括还原铁粉和雾化铁粉,它们由于不同的生产方式而得名。

      还原铁粉一般由四氧化三铁在高热条件下在氢气流或一氧化碳气流中还原生成,主要成分为结构疏松的单质铁。由于还原铁粉本身已为粉末状,再加之其微观结构又十分疏松,故其表面积极大。在化工生产及实验室作业中常用作优质还原剂。

      大家都知道,水中的硝酸盐氮有使人发生致癌的危险,人若应用了含高浓度硝酸盐氮的地下水后,水中大量的硝酸盐在胃肠道和唾液里被微生物转化为亚硝酸盐,亚硝酸盐能使血液中血红蛋白分子氧化、血红蛋白分子中二价铁变为三价铁,血红蛋白从而丧失了携带氧的能力,使人和动物因缺氧而患高铁血红蛋白症,严重的可致死亡。

      地下水硝酸盐氮的修复技术大致可分为生物修复技术、物理化学修复技术和化学修复技术三大类。

      生物修复技术有以下:

      1.原位生物脱氮修复技术

      2.异位生物脱氮技术:(1)自然生物脱氮技术)(2)异养生物脱氮技术

      物理化学修复技术方法:蒸馏、电渗析、反渗透、离子交换法等。

      3.化学修复技术

      化学修复技术主要是利用还原剂将硝酸盐氮还原,根据采用的不同还原剂可以分为活泼金属换元法和催化还原法。前者是以铁、铝、锌等金属单质为还原剂,后者指以氢气以及甲酸、甲醇等为还原剂,一般都必须有催化剂存在才能使反应进行。

      (1)活泼金属还原法

      目前用于还原硝酸盐研究得比较的多的活泼金属是以铁、铝、锌等金属单质。无论采取何种还原剂,基本上可以肯定硝酸盐氮首先被还原为亚硝酸盐氮,继而被还原为氮气或氨氮。从亚硝酸盐氮继续还原可能要经过NO或N2O阶段,但目前对硝酸盐氮的还原反应历程还缺乏一致的认识。

      1.铁粉

      早在上个世纪九十年代,铁粉就成功的用于地下水修复。铁粉还原硝酸盐是个高能量的反应,很早以前对此就有所认识。

      无氧、酸性条件下,FE0在硝酸盐溶液中可能发生的反应如下图:

还原铁粉能去除地下水中的硝酸盐氮

      在无氧条件下研究PH值和铁与硝酸盐之比对铁粉还原硝酸盐氮的影响。实验得出,、当PH小于时,硝酸盐快速的被还原。该反应为准一级反应,反应级数为1.7,部分原因是由于调节PH值得硫酸盐抑制的影响。硝酸盐有80%还原成氨,并可能有N2生成。PH值在整个氧化还原中起着关键的作用,因而反应中需要严格的控制PH值。在室温、常压、无氧条件下320目铁粉与硝酸盐的氧化还原反应。反应需加缓冲溶液对PH进行控制,当PH为5时,铁粉迅速将硝酸盐还原成氨,没有N2生成。在没有缓冲溶液的对照实验中,硝酸盐没有被还原。

      另外,还有一种利用铁的原位修复方法——动电/铁墙,它主要用于土壤渗透性较差的区域进行原位修复,NO3-通过电渗和电迁移作用流向阳极,被位于阳极的铁截留并还原。

      总的来说,铁粉来源比较广泛,价格比较低廉,氧化还原速度快,是一种可选的、较好的还原剂,缺点是这种方法不能将硝酸盐彻底的还原成N2,反应后水中有较多的氨氮,需要后续处理,而且反应过程中需要严格的控制PH值。

      2000提出一种用纳米铁粉氧化还原硝酸盐的新思路,并对其反硝化动力学进行了研究。反应需在无氧条件下进行,反应过程中无需PH控制,纳米铁能够在30min内将所有的硝酸盐完全还原成N2,几乎没有中间产物产生。但是因为成本太高,这种方法在实际中得到应用。

      2.铝粉

      铝粉化学反硝化法是一种用于高效去除地下水中硝酸盐氮的新技术。2002年对使用铝粉化学反应硝化法进行了研究。在25℃,PH值为10.7的条件下,硝酸盐氮的最大去除率达到62%,产物以N2为主。其基本的反应原理如下图:

还原铁粉能去除地下水中的硝酸盐氮

还原铁粉能去除地下水中的硝酸盐氮

      该工艺的主要缺点是反应必须在足够高的PH值下进行,且需要精确控制体系的PH值,否则易发生铝粉的钝化;另外,铝盐对人体有危害,可能导致脑损伤。

      4.催化还原法

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