本书从亚铁的结构特性及与多种污染物的反应性能出发，以各类型结合态亚铁的反应活性为主线，阐述了亚铁物种强大的还原性能、催化性能、混凝性能、络合性能等多面性，探究结合态亚铁独有的结构特征和反应机制。全书共分为12章，介绍了铁及其化合物的基本性质和反应原理，结合态亚铁的概念和特征，羟基亚铁还原处理有机物、重金属、类金属砷等污染物的可行性与技术理论，以及亚铁矿物催化氧化技术在处理各种新兴污染物方面的潜力，并重点介绍了结合态亚铁驱动的废水处理技术与工程应用。本书包括最新的研究成果、经典的反应理论、实验基础数据、实际工程案例。
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序
前言
第1章 铁及其化合物的性质与反应原理 1
1.1 铁的价态及性质 1
1.1.1 单质铁 1
1.1.2 二价铁和三价铁 4
1.1.3 高价态铁 5
1.2 溶解态Fe(Ⅱ) 7
1.2.1 环境中亚铁的存在形式 7
1.2.2 环境中游离态Fe(Ⅱ)的来源与反应活性 8
1.2.3 环境中有机配体络合态Fe(Ⅱ)的来源与反应活性 9
1.3 基于溶解态亚铁盐的水处理技术及原理 11
1.3.1 亚铁还原去除污染物 11
1.3.2 硫酸亚铁用作水处理混凝剂 12
1.3.3 硫酸亚铁去除污水中的磷酸盐 13
1.3.4 亚铁催化H2O2氧化反应 14
1.3.5 基于亚铁的生物铁法 17
1.4 结合态亚铁 17
1.4.1 结合态亚铁的定义及反应活性 17
1.4.2 常见结合态亚铁 18
1.4.3 吸附态Fe(Ⅱ) 22
1.5 基于结合态亚铁的水处理技术及原理 23
1.5.1 基于多羟基亚铁的废水处理技术 23
1.5.2 基于黄铁矿体系的废水处理技术 24
1.5.3 绿锈的结构与反应机制 25
第2章 结合态亚铁的制备与结构表征 29
2.1 多羟基亚铁 29
2.1.1 多羟基亚铁概述 29
2.1.2 FHC结构形貌调控 29
2.1.3 FHC与GR形貌比较 30
2.1.4 FHC冷冻干燥粉末的比表面积 30
2.1.5 FHC冷冻干燥产物的XRD分析 31
2.1.6 FHC冷冻干燥产物的XPS分析 32
2.2 碳酸型多羟基亚铁 33
2.2.1 碳酸型多羟基亚铁制备方法 33
2.2.2 CSF形貌特征 34
2.2.3 CSF结构特性 34
2.2.4 CSF的近红外分析 34
2.2.5 CSF的Zeta电位和BET分析 35
2.3 磷酸型多羟基亚铁 36
2.3.1 磷酸型多羟基亚铁的制备 36
2.3.2 PSF的形貌特性 36
2.3.3 PSF的结构组成 36
2.3.4 PSF表面元素的价态分析 37
2.3.5 PSF样品的近红外分析 38
2.4 绿锈 39
2.4.1 绿锈的制备与元素组成分析 39
2.4.2 XRD分析 40
2.5 黄铁矿 40
2.5.1 黄铁矿的基本性质 40
2.5.2 比表面积 41
2.5.3 XRD分析 42
2.5.4 化学元素分析 42
2.5.5 材料表面的分析与表征 43
2.5.6 不同氧化程度黄铁矿的表面形貌 44
2.5.7 XPS分析 44
2.5.8 电化学表征 45
2.6 FeS2的合成 46
2.6.1 XRD分析 46
2.6.2 不同老化程度FeS2的XRD分析 46
2.6.3 材料形貌结构分析 47
2.6.4 TEM分析 48
2.6.5 Zeta电位分析 48
第3章 多羟基亚铁还原转化有机污染物 49
3.1 FHC还原偶氮染料脱色 50
3.1.1 研究方法 50
3.1.2 亚铁结构形态对其还原性能的影响 50
3.1.3 FHC还原多种类型偶氮染料 51
3.1.4 FHC还原偶氮染料的影响因素 55
3.2 FHC还原偶氮染料脱色的机制 59
3.2.1 三价铁盐混凝去除RB5对照试验 59
3.2.2 溶剂清洗滤渣吸附的染料 59
3.2.3 酸溶反应后沉淀物实验 59
3.2.4 染料还原过程的光谱扫描 60
3.2.5 RB5反应前后液相色谱分析比较 61
3.2.6 RB5还原产物检测和TOC的测定 61
3.2.7 脱色机理与反应途径分析 63
3.3 FHC还原转化硝基苯类污染物 66
3.3.1 亚铁形态对还原性能的影响 67
3.3.2 阴离子对FHC还原转化硝基苯的影响 67
3.4 FHC还原转化2,5-二溴苯胺 72
3.4.1 FHC吸附2,5-二溴苯胺的研究 72
3.4.2 Cu2+对FHC还原2,5-二溴苯胺的影响 74
3.4.3 Ag+对FHC还原2,5-二溴苯胺的影响 74
3.4.4 Pd2+对FHC还原2,5-二溴苯胺的影响 76
3.4.5 还原脱溴途径分析 78
3.5 本章小结 78
第4章 多羟基亚铁还原去除亚硝酸盐 80
4.1 FHC对亚硝酸盐的还原能力 81
4.1.1 FHC对亚硝酸盐去除能力研究 81
4.1.2 FHC投加量对还原产物的影响 83
4.1.3 FHC与零价铁去除亚硝酸盐能力的对比 84
4.2 pH对FHC去除亚硝酸盐的影响 85
4.2.1 初始pH对亚硝酸盐去除的影响 85
4.2.2 Fe(Ⅱ)/OH–摩尔比对反应的影响 86
4.2.3 pH对反应产物的影响 88
4.3 溶解氧对FHC还原亚硝酸盐的影响 90
4.3.1 FHC制备过程溶解氧的影响 90
4.3.2 溶解氧对去除率的影响 91
4.3.3 溶解氧对还原产物的影响 92
4.4 共存离子对FHC还原亚硝酸盐的影响 93
4.4.1 Cu2+对FHC还原NO2–的影响 93
4.4.2 Ag+对FHC还原NO2–的影响 94
4.4.3 Zn2+对FHC还原NO2–的影响 96
4.5 FHC还原亚硝酸盐的反应动力学 98
4.5.1 不同Fe/N摩尔比条件下的反应动力学 99
4.5.2 Cu2+对FHC还原NO2–的反应动力学影响 101
4.6 本章小结 102
第5章 多羟基亚铁还原去除重金属类污染物 103
5.1 FHC还原去除Cr(Ⅵ)性能与机制 103
5.1.1 亚铁形态对去除Cr(Ⅵ)性能的影响 103
5.1.2 FHC去除Cr(Ⅵ)性能的优化 105
5.2 FHC还原去除Ni(Ⅱ)的性能与机制 118
5.2.1 亚铁形态对去除Ni(Ⅱ)性能的影响 118
5.2.2 FHC去除Ni(Ⅱ)性能的优化 118
5.2.3 FHC去除Ni(Ⅱ)容量及转化机制 125
5.3 FHC还原去除Se(Ⅳ)的性能与机制 133
5.3.1 亚铁形态对去除Se(Ⅳ)性能的影响 133
5.3.2 FHC去除Se(Ⅳ)性能的优化 134
5.3.3 响应面法优化Se(Ⅳ)去除的因素 138
5.3.4 FHC去除Se(Ⅳ)的动力学 141
5.3.5 Se(Ⅳ)的去除途径及转化机制 142
5.4 FHC还原破络去除水中络合态铜 145
5.4.1 FHC还原去除EDTA-Cu的性能与机制 145
5.4.2 FHC还原去除CA-Cu的性能与机制 153
5.5 FHC还原破络去除水中的络合态镍 157
5.5.1 亚铁形态对去除EDTA-Ni性能的影响 157
5.5.2 FHC去除EDTA-Ni性能的优化 158
5.6 本章小结 162
第6章 多羟基亚铁除砷性能与机制 164
6.1 FHC除砷性能研究 164
6.1.1 无氧条件下除砷性能 164
6.1.2 有氧条件下的除砷性能 169
6.2 亚铁矿物转化与砷的去除机制 173
6.2.1 无氧环境的除砷机制 173
6.2.2 有氧环境的除砷机制 176
6.3 碳酸型结合态亚铁的除砷性能 179
6.3.1 除砷条件的优化 179
6.3.2 砷去除动力学分析 183
6.3.3 溶解氧对砷转化去除的作用机制 186
6.3.4 副砷铁矿的稳定性 195
6.3.5 CSF除砷过程中As(Ⅲ)的氧化研究 196
6.4 本章小结 204
第7章 黄铁矿活化H2O2降解有机污染物 206
7.1 天然黄铁矿活化H2O2处理偶氮染料 207
7.1.1 染料脱色性能 207
7.1.2 反应参数优化 209
7.1.3 污染物去除机理 215
7.2 天然黄铁矿/H2O2氧化去除水中微量有机物 219
7.2.1 天然黄铁矿活化H2O2氧化去除三氯生 219
7.2.2 天然黄铁矿活化H2O2去除氯霉素 222
7.2.3 天然黄铁矿活化H2O2去除对乙酰氨基酚 226
7.2.4 天然黄铁矿活化H2O2去除2,4-二氯酚 232
7.3 FeS2活化H2O2去除双氯芬酸 235
7.3.1 FeS2活化H2O2降解双氯芬酸活性试验 235
7.3.2 双氯芬酸降解动力学 242
7.3.3 氧化降解双氯芬酸的反应机制 245
7.4 本章小结 247
第8章 黄铁矿活化H2O2的类Fenton反应机制 249
8.1 类Fenton体系中的自催化作用 249
8.2 FeS2的表面氧化机制 250
8.2.1 Fe3+对FeS2的氧化作用 253
8.2.2 H2O2对FeS2的氧化作用 255
8.3 影响自催化过程的因素 256
8.3.1 磷酸盐对自催化过程的影响 256
8.3.2 溶液pH对自催化过程的影响 256
8.4 Fe3+/FeS2/H2O2的协同催化作用 259
8.5 环中性条件下黄铁矿活化H2O2过程次生铁矿物的关键作用机制 261
8.5.1 环中性条件下·OH生成动力学及累积浓度 262
8.5.2 次生固相铁物种的可络合溶出性 265
8.5.3 次生固相铁物种的形态识别 266
8.5.4 黄铁矿环中性氧化过程中次生铁物种的氧化还原行为 271
8.6 本章小结 274
第9章 强化黄铁矿活化H2O2类Fenton反应活性的方法 276
9.1 络合剂强化黄铁矿活化H2O2类Fenton反应 276
9.1.1 酸性条件下常见络合剂对FeS2/H2O2体系降解污染物性能的影响 276
9.1.2 中碱性条件下络合剂强化黄铁矿活化H2O2去除氯霉素 287
9.2 还原性硫物种强化黄铁矿/H2O2降解污染物 295
9.2.1 硫化钠强化黄铁矿/H2O2降解氯霉素 296
9.2.2 强化黄铁矿/H2O2降解对乙酰氨基酚 303
9.3 本章小结 308
第10章 硫化亚铁矿物活化PDS去除新兴污染物 310
10.1 黄铁矿活化PDS降解对乙酰氨基酚 311
10.1.1 影响因素研究 311
10.1.2 反应过程探究 313
10.1.3 黄铁矿重复利用性能 315
10.1.4 黄铁矿活化PDS/H2O2过程中pH变化 316
10.1.5 稳定pH条件下黄铁矿活化PDS/H2O2降解ACT 316
10.1.6 碱活化PDS氧化降解ACT 317
10.1.7 反应过程中黄铁矿表面铁和硫形态分析 318
10.1.8 黄铁矿活化PDS与CuS-PDS和ZnS-PDS反应的对比 320
10.1.9 活性氧化物种识别 321
10.1.10 ACT降解路径分析 322
10.1.11 硫化物对黄铁矿/PDS降解ACT的影响 325
10.2 硫化亚铁活化PDS降解四环素 328
10.2.1 影响因素研究 328
10.2.2 铁和硫的形态转化 330
10.2.3 四环素降解机制探究 332
10.2.4 硫化亚铁重复利用性能 334
10.3 硫化亚铁活化PDS降解对氯苯胺 334
10.3.1 不同初始pH条件下反应性能 334
10.3.2 PDS体系降解对氯苯胺的效果 335
10.3.3 自由基物种的贡献 336
10.3.4 表面二价铁和溶液中二价铁 338
10.3.5 硫化亚铁与零价铁活化PDS去除TOC的对比 339
10.3.6 反应过程铁硫形态转化 341
10.3.7 硫化亚铁重复利用 342
10.4 本章小结 343
第11章 Cu/Fe双金属活化分子氧的绿色氧化技术 345
11.1 Cu-FHC体系活化分子氧降解ACT 346
11.1.1 反应条件优化 348
11.1.2 活性氧化物种产生途径探究 351
11.1.3 铁铜价态与形态转化 355
11.2 层间阴离子对反应体系的影响 359
11.2.1 层间阴离子对活化分子氧的影响 359
11.2.2 铁铜价态与形态转化 362
11.2.3 共存阴离子对污染物降解性能的影响 365
11.2.4 金属离子的影响 369
11.3 本章小结 372
第12章 结合态亚铁驱动的废水处理技术与工程应用 373
12.1 FHC还原预处理印染废水 373
12.1.1 FHC预处理印染废水效果 374
12.1.2 预处理印染废水的影响因素 377
12.1.3 亚铁混凝与还原作用机制 379
12.2 FHC还原与生物耦合处理印染废水 383
12.2.1 研究方案 383
12.2.2 印染废水处理性能 384
12.2.3 印染废水中加入硝基苯的连续流试验 387
12.2.4 印染废水中加入酸性大红GR的连续流试验 388
12.3 FHC处理多种重金属废水 391
12.3.1 印刷线路板废水 392
12.3.2 电镀废水 394
12.3.3 稀贵车间金属废水 394
12.3.4 有色金属冶炼废水 400
12.4 FHC处理含砷废水 406
12.4.1 铜冶炼含砷废水处理 406
12.4.2 多种含砷废水处理 412
12.4.3 黄金冶炼废水处理 415
12.5 黄铁矿催化氧化处理工业废水 417
12.5.1 催化氧化预处理工业园区废水 417
12.5.2 催化氧化深度处理工业园区废水 423
12.5.3 印染废水深度处理 425
12.5.4 焦化废水深度处理 428
12.5.5 不同氧化工艺处理造纸废水 432
12.6 黄铁矿类Fenton处理工业废水设计案例 436
12.6.1 工程进出水水质 436
12.6.2 设计出水水质 437
12.6.3 工程特点与要求 437
12.6.4 深度处理技术选择 438
12.6.5 主要构筑物及设计参数 440
12.7 本章小结 442
参考文献 444
京公网安备 11010102004214号