稳定型硫化零价铁对水体中Cr(Ⅵ)的去除及机理研究

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Cr(Ⅵ)在水环境中的污染日益严重,对人体危害极大。本研究以微米零价铁(ZVI)为核心,对ZVI进行硫化改性和海藻酸钠(SA)负载,成功制备得到一种高效除六价铬Cr(Ⅵ)的功能性材料(SZVI-SA)。考察了制备过程中主要参数对材料除Cr(Ⅵ)性能的影响,并对合成材料的理化性质进行了表征分析。研究复合材料在不同环境因子下的除Cr(Ⅵ)效率,结合吸附模型、动力学模型和表征分析,探明复合材料除Cr(Ⅵ)机理,以期为SZVI-SA在实际过程中的应用提供理论依据和技术支持,同时也为Cr(Ⅵ)的去除提供一种经济高效环保的复合材料。(1)选择浓度为7%的Fe3+作为海藻酸钠螯合剂,硫化钠和ZVI的比例S/Fe=3.5、陈化时间4 h、干燥温度70℃作为材料制备的较优条件;SZVI-SA能够在较好去除Cr(Ⅵ)的同时,亦能有效去除溶液中Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)。(2)对ZVI和不同S/Fe条件下制备的材料进行了SEM-EDS、TEM、BET、TG-DSC、XRD和FTIR表征分析。结果显示,本研究制备材料具有以下特征:材料有效成分为Fe S;比表面积97.83 m2/g;以微孔为主,孔隙较多;表面电位电势较低,呈现电负性。(3)溶解氧浓度、投加量、初始浓度、温度、p H值、有机质含量和共存离子对SZVI-SA去除Cr(Ⅵ)效率的影响结果表明,溶解氧含量降低、投加量增加和温度升高均能有效提高Cr(Ⅵ)的去除效率;在p H值2-9范围内具有一定的耐受性,对Cr(Ⅵ)的去除效率均能达到98%以上;有机质(<100 mg/L)、常见共存阴阳离子(0-5 mmol/L)(除Mg2+外)对Cr(Ⅵ)去除效率均无明显影响。(4)SZVI-SA复合材料对Cr(Ⅵ)的去除过程符合准二级动力学模型,表明吸附速率主要受Cr(Ⅵ)与SZVI-SA结合位点之间的化学反应速率控制;吸附过程符合Langmuir-Freundlich和Redlich-Peterson等温吸附模型,表明复合材料可以通过多种机制对Cr(Ⅵ)起作用,以异质表面上的化学吸附为主,饱和吸附量为79.68±4.81 mg/g(25℃);表征结果表明,SZVI-SA与Cr(Ⅵ)的反应机理主要为氧化还原反应,反应后生成Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ),而Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)又通过吸附和共沉淀作用吸附到材料表面,最终产物为Fe(OH)3、Cr(OH)3和Cr2O3,达到从水体中分离的目的。
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