生物礦化針鐵礦處理含鉻廢水及其機(jī)理研究.pdf

1、鐵的(氫)氧化物,是土壤、沉積物和水體的常見組分.特別是針鐵礦(α—FeOOH)是分布最廣的表生礦物,是紅土型礦石中的主要礦物成分,含量≥15％,也是該國東海、長江口和黃河口海域的各種水合氧化物中的主要成分,且具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和較高的比表面積,吸附性能良好,對陰、陽離子、重金屬離子及有機(jī)螯合劑在地表環(huán)境中的遷移和沉淀有重要影響,因而具有十分重要的環(huán)境學(xué)意義.利用這樣一種來自于天然的,因而具有良好的環(huán)境屬性的物質(zhì)來處理重金屬廢水,具有其

2、它許多材料所不具備的環(huán)境協(xié)調(diào)性等方面的優(yōu)勢.該研究進(jìn)行了利用天然生物礦化針鐵礦處理含鉻模擬廢水以及大冶有色金屬公司的實(shí)際廢水實(shí)驗(yàn),旨在研究該針鐵礦對重金屬的吸附固定能力及機(jī)理,考察其作為吸附材料在廢水處理及原位土壤修復(fù)中的可行性.在該實(shí)驗(yàn)得出的最優(yōu)條件下,吸附Cr<,2>O<,7><'2->與CrO<,4><'2->模擬廢水的介質(zhì)pH值為7.00,吸附Cr<'3+>的介質(zhì)pH值為5.50;當(dāng)Cr<,2>O<,7><'2->、CrO<,4

3、><'2->和Cr<'3+>的初始濃度為10mg/L時(shí),其去除率分別達(dá)到89.33%、88.27%和98.26%.用吸附了鉻離子的針鐵礦進(jìn)行的二次吸附實(shí)驗(yàn)(條件同前)去除率達(dá)到80%左右,表明該針鐵礦可以重復(fù)利用.淡水介質(zhì)中的解吸實(shí)驗(yàn)(條件同吸附實(shí)驗(yàn),樣品吸附時(shí)的初始濃度為20mg/L)發(fā)現(xiàn),Cr<'3+>的解吸率為0.318%,CrO<,4><'2->則為9.64%,表明針鐵礦對重金屬離子具有較強(qiáng)的固定能力.礦化合成樣品吸附比較研究表

4、明,表面較高濃度的有機(jī)大分子修飾FeOOH對CrO<,4><'2->的吸附行為與純FeOOH存在明顯差異.說明環(huán)境中針鐵礦礦物與重金屬離子的界面作用受到多糖、蛋白質(zhì)等有機(jī)物的顯著影響,同時(shí)它們的微結(jié)構(gòu)也起到重要作用,而比表面積并不是礦物吸附性能的決定因素.光電子能譜研究表明,吸附Cr<'3+>后樣品的XPS譜圖中出現(xiàn)了比較弱的Nls峰,說明有少量NO<,3><'->參與離子交換反應(yīng).對該Nls峰進(jìn)行的退卷積處理表明N在針鐵礦上發(fā)生了還原

5、反應(yīng).對吸附Cr<'3+>后的樣品進(jìn)行的XPS測試發(fā)現(xiàn),鉻的化學(xué)狀態(tài)除有Cr(Ⅲ)外,主要為Cr(Ⅵ).表明Cr<'3+>在針鐵礦表面發(fā)生了氧化反應(yīng).NO<,3><'->在針鐵礦表面的還原作用有可能促進(jìn)了Cr<'3+>氧化為Cr(Ⅵ).吸附Cr<,2>O<,7><'2->樣品的XPS測試,則發(fā)現(xiàn)鉻的化學(xué)狀態(tài)除Cr(Ⅵ)外還有Cr(Ⅲ)出現(xiàn),說明在吸附過程中Cr(Ⅵ)發(fā)生了還原反應(yīng).SEM研究表明,針鐵礦的微形貌及其中的粘土成分對鉻離子的