铬是地壳中含量丰富的元素之一,广泛存在于水环境中。水体中铬的主要存在形式是Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)。Cr(Ⅵ)具有强移动性、毒性和致癌性。含铬的工业废水排放、污水灌溉、污泥还田和铬渣堆放,以及含铬农药和肥料的使用都能使Cr(Ⅵ)迁移扩散到水体环境中,从而直接危害生物和人体健康,还会严重破坏水生生态系统。水铁矿是一种普遍存在于沉积物和土壤中的铁羟基氧化物。它是一种高效的吸附剂,具有大的比表面积和高表面活性,已被广泛应用于水中污染物的去除。水铁矿常和含Al、含Si的化合物以共沉淀物的形式共存于自然界中。相对于纯水铁矿而言,含Al、含Si的水铁矿比较难受到环境因素的影响而转化为更稳定的结晶态铁(氢)氧化物。含Al、含Si的水铁矿在环境中的陈化行为还能调控重金属的迁移。因此,研究含Al、含Si的水铁矿对水中Cr(Ⅵ)的去除以及Cr(Ⅵ)在含Si水铁矿的陈化过程中的行为变化具有重要的环境意义。本研究通过化学沉淀法制备含Al水铁矿和含Si水铁矿,用以处理含Cr(Ⅵ)模拟废水,探究各种实验因素对含Al/Si水铁矿去除Cr(Ⅵ)的影响和Cr(Ⅵ)在含Si水铁矿陈化过程中的重分布行为。借助X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)、透射电镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术对反应前后样品的结构、组成、形貌以及Cr(Ⅵ)的去除机理进行深入研究。得出的主要结论如下:(1)含Al水铁矿对Cr(Ⅵ)和磷酸盐均有良好的吸附性能,磷酸盐的介入明显地抑制了含Al水铁矿去除Cr(Ⅵ)。磷酸盐的初始浓度从3.1 mg/L增加到31.0 mg/L时,含Al水铁矿对Cr(Ⅵ)的去除率随之下降了71.5%,而对磷酸盐的去除率仅下降了9.4%。磷酸盐的介入影响了Cr(Ⅵ)的吸附行为,使Cr(Ⅵ)与Fh-Al结合形成的表面络合物的类型从内球络合物向外球络合物转变,Cr(Ⅵ)与Fh-Al形成的外球络合物的数量可能比内球络合物的数量多。(2)在磷酸盐介质中,含Al水铁矿去除Cr(Ⅵ)主要通过三种方式。(i)含Al水铁矿通过静电作用吸附Cr(Ⅵ);(ii)含Al水铁矿表面的-OH直接与Cr(Ⅵ)形成Fe-O-Cr络合物;(iii)含Al水铁矿可能会与磷酸盐形成Fe-O-P二元内球络合物,而Cr(Ⅵ)会与该二元络合物外层的磷酸根通过分子间的氢键连接而形成表面-P-Cr三元络合物。(3)含Si水铁矿主要是通过吸附和沉淀包裹将Cr(Ⅵ)去除。随着陈化时间延长,含Si水铁矿会转化为针铁矿和赤铁矿。在转化过程中,吸附在含Si水铁矿表面的Cr(Ⅵ)会因颗粒的比表面积变小而被重新释放到溶液中。随后,部分被释放到溶液中的Cr(Ⅵ)会被重新吸附在转化产物的表面,还会有部分Cr(Ⅵ)被包裹在转化产物的内部。这种再吸附-沉淀包裹的行为有利于Cr(Ⅵ)在铁(氢)氧化物中的固定化。(4)pH是影响含Si水铁矿去除Cr(Ⅵ)的主要因素。在相同Si/Fe摩尔比的体系中,随着pH值升高,吸附在含Si水铁矿表面的Cr(Ⅵ)释放到溶液中,pH的变化会使溶液中和吸附态的Cr(Ⅵ)的分布产生明显的差异。pH还决定了含Si水铁矿转化产物的种类。在酸性条件下含Si水铁矿转化为赤铁矿,在中性和碱性条件下含Si水铁矿就会转化为赤铁矿和针铁矿。(5)硅酸盐会与Cr(Ⅵ)竞争水铁矿的反应位点。在共沉淀时,硅酸盐在水铁矿里的含量变化直接导致溶液态和吸附态的Cr(Ⅵ)的分布产生差异。硅酸盐还会抑制水铁矿转化,因此它会间接地抑制吸附态和非吸附态的Cr(Ⅵ)在水铁矿转化过程中的重分布行为。硅酸盐抑制水铁矿转化的过程能够有效地抑制Cr(Ⅵ)在铁(氢)氧化物或者其他铁矿物质上迁移。