纳米氧化铁絮凝剂在册田水库源水处理中的应用_张增光

2009年第28卷增刊CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·203·化工进展纳米氧化铁絮凝剂在册田水库源水处理中的应用张增光，翟雅琴，王松鹤（大同市供水排水集团有限责任公司，山西大同037006）摘要：通过4种形态纳米氧化铁Fe3O4、α-FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3对腐殖酸吸附和絮凝去除实验研究，表明4种纳米氧化铁中纳米α-FeOOH对腐殖酸的吸附和絮凝去除效果最好。同时通过与传统絮凝剂对比，判断这种新型絮凝剂是否可以在处理册田水库水质污染方面被应用。关键词：册田水库；纳米氧化铁；吸附；絮凝；腐殖酸册田水库位于山西省大同市东南，始建于1958年，是山西省第二大水库，总库容5.8亿m3，它控制着桑干河上游1.67万m2的来水。大同市政府于1989年修建了册田水库引水工程，该工程始建于1989年，竣工于1994年，总投资3亿元，设计日供水能力12.96万m3。但由于水质污染，册田水库至今未能给大同市供水。随着大同市经济的迅猛发展，大同市供水矛盾日趋突出，地下水超采日趋严重，解决册田水库供水问题迫在眉睫。故大同市政府于2008年下半年要求册田水库管理局以及市自来水公司尽快想办法将册田水库水利用起来。介于册田水库水质的污染情况，对传统絮凝剂提出了新的要求，新型絮凝剂的选择成为该项试验的研究热点。纳米材料问世至今已有20多年的历史了，大致完成了材料创新、性能开发阶段，现在正步入完善工艺和全面应用的阶段，显示出无限广阔的市场前景。纳米氧化铁（nano-sizedironoxide)与传统的絮凝吸附材料相比，具有纳米材料量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性，可能对腐殖酸具较好的吸附絮凝效果，而册田水库源水腐殖酸含量较高，且难以去除，因而我们产生了应用纳米氧化铁处理册田水库源水的的强烈兴趣。纳米氧化铁及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，现有研究表明，氧化铁系列化合物包括(α-，β-,γ-)Fe2O3，、Fe3O4、FeO和(α-，β-，γ-，δ-)FeOOH等多种形态，结构性质详见表1，在纳米氧化铁的应用中，不同的形态和颗粒尺寸表现出不同的物理和化学作用，因此作者等希望通过研究不同形态纳米氧化铁对腐殖酸的吸附和絮凝特性，找出高效纳米氧化铁絮凝剂的应用机理。表1铁的氧化物的晶体结构及某些重要性质晶体结构主要组成颜色密度/g·cm3形状磁性晶系晶格常数A氧层结构六角层结构注释α-FeOOH黄色4.264针状纺锤长片TN=393K反磁铁a=4.64,b=10.0,c=3.03AB-(h)1基本为六角密堆积氧Fe3O4黑色球形或纺锤形TN=849K反磁铁立方a=8.396ABC-(c)0倒尖晶石型α-Fe2O3红色5.24球形或纺锤形TN=965K反磁铁三角a=5.034,c=13.749(c）0铁钛石型γ-Fe2O34.6针状或纺锤状TN=865K反磁铁立方a=8.334,c=25.002(c）阳离子缺位的尖晶石型注：h-六角层，c-立方层。1实验部分1.1主要的仪器和试剂主要仪器如下。透射电子显微镜电镜，TrasmissionElectronMicroscopy（TEM）；型号H-7500；厂商为日本Hitachi公司。X射线衍射仪（XRD），型号D/MAX2200VPC；厂商为日本Rigaku公司。总有机碳分析仪，TotalOrganicCarbonAnalyzer（TOC）；型号phoenix，8000；厂商为USATekmar-DovmannCo.。离心机，ZR3-6混凝搅拌机，恒温震荡培养箱，雷磁pH计。试剂与原料如下。4种纳米氧化铁（Fe3O4、α-FeOOH、α-Fe2O3、DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2009.s2.158化工进展2009年第28卷·204·γ-Fe2O3），册田水库源水。1.2纳米氧化铁的表征1.2.1X射线衍射仪分析TTRIII型X射线衍射仪(XRD)由日本理学电机公司生产，采用Cu(Ka，K=0.15406nm)靶，工作电压40kV，工作电流100mA，扫描速度6°/min。1.2.2透射电子显微镜分析采用透射电子显微镜(TEM)直接观测磁性纳米粒子的大小及形貌。所用仪器为H-7500型透射电子显微镜。分辨率为0.204nm（高真空状态下）。电镜样品是将纳米氧化铁粒子用乙醇稀释后，滴在涂碳铜网上挥发至干而成。1.3纳米氧化铁对腐殖酸的吸附性能实验称取4种纳米氧化铁（Fe3O4、α-FeOOH、α-Fe2O3、γ-Fe2O3）各0.01g于一系列50mL离心管中，将事先调节好的pH值分别为5.5、6、7、8，体积为30mL的册田水库源水分别加入到离心管中，摇匀，吸附剂浓度为367ppm。在恒温震荡