硝基苯(NB)是一种重要的化工原料.NB具有遗传毒性和致癌性,微量NB即能对生物和人体造成巨大的伤害.由于NB硝基基团的吸电子作用,使其结构异常稳定,难以降解,易于在环境中积累.

在实际使用、储存和运输过程中的不合理处置,导致NB泄露,并且已经对许多地区地下水造成了严重的污染.NB废水处理主要有生物修复法,化学法,催化氧化法,电化学方法和吸附法等.但对于NB污染地下水,原位化学还原因其高效率、低成本、可操作而成为主要修复技术之一,它通过向地下水中注入还原剂,形成原位反应带,以此来截留、固定和降解NB.纳米零价铁(NZVI)具有强还原活性,在有机化合物和重金属污染地下水修复中得到广泛应用.然而,由于NZVI具有铁固有的强磁性使其易于团聚,在地下水环境中迁移距离有限,且容易被氧化,因而容易钝化失效,利用率较低.因此,需要对NZVI进行改性以提高其在地下水环境中的反应活性和迁移能力.

通过对NZVI进行硫化改性制备的硫化纳米铁(S-NZVI),具有特殊的核壳结构,其表面硫铁化物能够有效抑制S-NZVI的团聚作用,并有更快的电子传递速率和更高的电子选择性,已被应用于废水中Ni、Co、Zn、Cd等重金属的去除.然而,S-NZVI对NB的还原效果及对NB污染地下水的修复效能尚未见报道.因此,本研究对S-NZVI进行制备和表征,通过穿透实验考察其迁移性能,通过振荡实验分析S-NZVI对NB的去除效果和动力学,采用一维砂柱创建S-NZVI原位反应带,研究其对NB泄露区和传输区的修复效果,旨在为NB污染地下水修复提供新方法.

1材料与方法

1.1实验试剂

硫酸亚铁(FeSO4·7H2O,99%),硼氢化钠(NaBH4,96%),连二亚硫酸钠(Na2S2O4,88%),氢氧化钠(NaOH,≥98%),过硫酸钠(Na2S2O8,≥98%),硝基苯(C6H5NO2,≥99%),高锰酸钾(KMnO4,≥99.5%),硫酸铁铵(NH4Fe(SO4)2·12H2O,99%),硫氰酸钾(KSCN,≥98.5%),盐酸,硫酸,硝酸,以上试剂购自上海国药集团.甲醇(HPLC级)购自Sigma公司(美国).实验用水为超纯水机(Milli-Q)制得的超纯水.实验所用石英砂过20~40目筛网,并在1mol/L的稀盐酸中浸泡24h,然后用自来水冲洗至中性,再用超纯水清洗3遍,烘干备用.

1.2S-NZVI和NZVI的合成与表征

采用前置硫化合成法制备S-NZVI,将5g硫酸亚铁加入到250mL超纯水和甲醇混合溶液中(超纯水/甲醇=175/75,体积比),搅拌至全部溶解.然后在硫酸亚铁溶液中滴加2.5ml5mol/L的氢氧化钠溶液,接着缓慢滴加12.5mL2.1mol/L硼氢化钠溶液,搅拌反应30min后加入0.34mol/L的连二亚硫酸钠溶液,超声10min.反应结束后用去离子水清洗3遍,再用甲醇清洗3遍,然后水浴100℃氮吹,得到的S-NZVI放入手套箱真空保存.NZVI的制备除了不添加连二亚硫酸钠溶液,其他步骤与S-NZVI的制备方法相同.