改性羟基磷灰石负载nZVI-PRB去除地下水中铬(Ⅵ)的性能研究

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本文选用溶胶-凝胶法和化学还原法制备改性羟基磷灰石负载零价铁材料,并以此作为反应介质去除水中六价铬离子。本文通过烧杯试验比较羟基磷灰石、羟基磷灰石负载零价铁、改性羟基磷灰石负载零价铁三种材料对水溶液中Cr(Ⅵ)的去除效果;通过影响因素试验,研究水环境中水质参数的改变对改性羟基磷灰石负载零价铁材料降解Cr(Ⅵ)的影响;通过动态柱试验了解改性羟基磷灰石负载零价铁材料对Cr(Ⅵ)污染水环境的修复能力;通过模拟反应墙试验确定水溶液中六价铬污染物在含水层中的迁移规律;通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪对反应前后的材料进行表征。相关结论如下:(1)在相同的试验条件下,三种材料对水溶液中六价铬的去除能力为:羟基磷灰石<羟基磷灰石负载零价铁<改性羟基磷灰石负载零价铁。反应60 min后,改性羟基磷灰石负载零价铁对Cr(Ⅵ)的去除率为96.1%,是羟基磷灰石负载零价铁对Cr(Ⅵ)去除率的1.12倍,是羟基磷灰石对Cr(Ⅵ)去除率的48倍。(2)影响因素试验结果显示,100 m L六价铬水溶液中,六价铬离子浓度为1 mg/L、溶液初始p H值为7.2,材料投加量为0.01 g时,改性羟基磷灰石负载零价铁去除六价铬效果较好,反应120 min后,溶液中六价铬浓度低于检出限,检出限为0.004 mg/L;反应符合伪一级动力学模型,拟合曲线R~2>0.98;水环境中阴离子Cl-、SO42-、PO43-、CO32-的存在均会对改性羟基磷灰石负载零价铁材料去除Cr(Ⅵ)产生不同程度的抑制作用;阳离子Cu2+、Mg2+的存在会加快材料对Cr(Ⅵ)的去除速率,而Mn2+的存在一定程度上抑制材料对Cr(Ⅵ)的去除。(3)通过动态柱试验绘制反应柱出水口Cr(Ⅵ)浓度随时间变化曲线,结果发现,Cr(Ⅵ)的浓度呈现初期低于检出限,中期浓度上升,后期材料失效,出水浓度接近进水浓度的变化规律。反应器中改性羟基磷灰石负载零价铁材料反应24 h时,Cr(Ⅵ)出水浓度为0.05 mg/L;反应29 h时,达到突破点;反应119 h时达到耗竭点;反应160 h时,材料彻底失效。反应出水浓度始终保持在8.0-8.5之间,符合《地下水质量标准》中Ⅲ类地下水p H值要求。(4)通过模拟槽试验模拟实际地下水环境中以改性羟基磷灰石负载零价铁作为可渗透反应墙填料处理六价铬污染地下水。结果显示,处于模拟槽不同位置的填料对污染物去除效率不同,模拟含水层中石英砂对六价铬的去除效果可忽略不计,模拟反应墙中离上层水面距离越近处材料消耗越快。(5)沉降试验结果表明改性羟基磷灰石负载零价铁材料沉降性能略优于羟基磷灰石负载纳米铁;扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪对反应前后的材料表征结果显示,零价铁均匀的负载在改性羟基磷灰石表面,材料制备成功;反应后的材料表面呈现片状结构,且附着少量三价铬离子,说明所制备材料与污染物发生反应,且六价铬在反应过程中发生了价态的变化,反应方式以静电吸引和还原固定为主。
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