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铬是一种重要的工业原材料,近几十年以来,随着工业的发展,人类通过冶金、电镀、皮革鞣制等各种生产活动向环境中排放了大量的铬。环境中的铬主要以三价铬(Cr(Ⅲ))和六价铬(Cr(Ⅵ))的形式存在,与Cr(Ⅲ)相比,Cr(Ⅵ)因氧化性强、溶解度高、易迁移且对生物体的毒性较大,被国际公认为是最致癌的金属之一。铬污染环境治理通常采用化学还原技术,将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),以降低Cr(Ⅵ)的毒性。在还原剂当中,铁基材料、硫基材料被广泛使用。虽然纳米硫化亚铁可用于Cr(Ⅵ)还原钝化,但由于其易团聚的缺陷,难以实现规模化使用。为了克服纳米硫化亚铁的应用缺陷,本研究采用液相反应法,以生物炭为支撑载体,壳聚糖为稳定剂,制备了纳米硫化亚铁的改性复合材料FeS-CS-BC,分别研究了FeS-CS-BC在水溶液与土壤中对Cr(Ⅵ)的还原效果,并通过SEM、XRD、FTIR、XPS等表征手段探究了 FeS-CS-BC与Cr(Ⅵ)的反应机理。得到的主要研究结果如下:(1)SEM图像显示FeS-CS-BC改性材料表面上均匀镶嵌着呈片状结构的物质;FeS-CS-BC改性材料的XRD图谱中出现FeS的衍射峰;FTIR图谱显示,与生物炭相比,FeS-CS-BC改性材料上出现了新的官能团-NH2。以上结果表明,纳米硫化亚铁颗粒成功地均匀负载到了生物炭上,且FeS-CS-BC改性材料上的官能团含量高于生物炭的。(2)FeS-CS-BC改性材料对水溶液中的Cr(Ⅵ)有很好的去除效果。在 50 mL 的 Cr(Ⅵ)浓度为 100 mg·L-1 的水溶液中,FeS-CS-BC 对 Cr(Ⅵ)的去除实验结果表明:FeS-CS-BC改性材料的最佳配比为FeS:CS:BC=2:2:1;FeS-CS-BC材料的最佳投加量为0.1 g,Cr(Ⅵ)的去除率可达到98%;在pH=2～10范围内,FeS-CS-BC去除Cr(Ⅵ)的过程几乎不受pH的限制,对Cr(Ⅵ)的去除率基本都保持在96%以上;FeS-CS-BC在去除Cr(Ⅵ)的过程中不受Cl-与SO42-共存离子的影响,NO3-共存离子对Cr(Ⅵ)的去除有一定的抑制作用,但去除率仍可达到88.58%;FeS-CS-BC去除Cr(Ⅵ)的过程是吸附与还原的共同作用,符合伪二阶吸附动力学模型与Redlich-Peterson吸附等温模型。以上实验结果表明FeS-CS-BC适用于去除酸性或中性水溶液中的Cr(Ⅵ),且去除Cr(Ⅵ)的过程不受Cl-与SO42-共存离子的影响。(3)FeS-CS-BC改性材料对土壤中Cr(Ⅵ)还原钝化的研究结果如下:FeS-CS-BC改性材料的最佳投加量为土壤质量的1.5%,其对Cr(Ⅵ)的还原钝化效率可达到99.29%;当FeS-CS-BC改性材料投加至土壤中老化两周,对Cr(Ⅵ)的钝化效率即可达到90%以上,老化四周后已基本达到稳定;FeS-CS-BC改性材料修复后的土壤在模拟受到地下水/地表水、酸雨的浸沥时,其中Cr(Ⅵ)的浸出浓度分别为0.64 mg·L-1、1.08 mg·L-1,与对照组相比,经FeS-CS-BC修复后的土壤明显降低了 Cr(Ⅵ)的浸出浓度;与对照组相比,通过1.5%的FeS-CS-BC改性材料进行处理后,明显降低了土壤中Cr(Ⅵ)的毒性,种子的发芽率可达到75%。以上实验结果表明FeS-CS-BC改性材料可以有效地还原钝化土壤中的Cr(Ⅵ),降低土壤毒性,提高土壤颗粒对Cr(Ⅵ)的锁定作用,降低Cr(Ⅵ)向环境中释放的风险。(4)根据本研究的研究结果,FeS-CS-BC改性材料与Cr(Ⅵ)的反应机制可以归纳为:通过FeS-CS-BC改性材料表面的多孔结构及-NH2、-OH、C-O等还原性官能团吸附、还原Cr(Ⅵ);通过释放的Fe2+、S2-将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ);通过络合沉淀作用形成Cr(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)沉淀。