施氏礦物對(duì)小分子有機(jī)酸光化學(xué)還原Cr(Ⅵ)的催化作用研究.pdf

1、近年來(lái)，鉻及其化合物被廣泛應(yīng)用于冶金、金屬加工、電鍍、制革、顏料和有機(jī)合成等行業(yè)中，因此產(chǎn)生了大量的含鉻廢渣和廢水，導(dǎo)致了許多地區(qū)存在嚴(yán)重的鉻污染問(wèn)題。重金屬鉻(Cr)在環(huán)境中主要以兩種氧化型態(tài)存在，即Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)。Cr(Ⅵ)溶解性和遷移性大，具有高毒性;相反地，Cr(Ⅲ)毒性低、遷移性小，是人體必須的微量元素。所以，尋求高效的方法將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)受到廣大研究者的關(guān)注。施氏礦物（schwertmannite）是近年

2、來(lái)發(fā)現(xiàn)的、主要存在于富含F(xiàn)e、SO42-的酸性礦山廢水（AMD）中的一種次生羥基硫酸高鐵礦物。本論文中選取Cr(Ⅵ)作為目標(biāo)污染物，主要研究了在模擬日光條件下，施氏礦物對(duì)小分子有機(jī)酸光化學(xué)還原Cr(Ⅵ)的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其機(jī)理。
　　 本論文分為三個(gè)部分:
　　 第一部分:利用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌對(duì)亞鐵的生物氧化作用，合成了一種新型羥基硫酸高鐵礦物schwertmannite（施氏礦物）。借助X射線衍射(XRD)、掃描電

3、鏡(SEM)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)等方法對(duì)其組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與表征，同時(shí)還對(duì)其在0.01 mol.L-1PO43-介質(zhì)中的Cr(Ⅵ)吸附作用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，Acidithtobacillus ferrooxidans LX5休止細(xì)胞可在72 h內(nèi)將FeSO4轉(zhuǎn)化成紅棕色沉淀，鑒定結(jié)果表明合成的紅棕色產(chǎn)物為表面無(wú)明顯毛刺的球形、直徑約2.5μm的純施氏礦物;在pH3.0-5.0范圍內(nèi)，T=25±1℃條件下，施氏礦物在

4、0.01 mol.L-1 PO43-介質(zhì)中對(duì)100μM Cr(Ⅵ)基本無(wú)吸附作用。
　　 第二部分:通過(guò)批次試驗(yàn)研究了施氏礦物對(duì)草酸存在下Cr(Ⅵ)的光催化還原作用。結(jié)果表明:在模擬日光條件下，單獨(dú)的施氏礦物或草酸對(duì)Cr(Ⅵ)的還原作用很弱;當(dāng)兩者共存時(shí)，足夠的草酸萃取了施氏礦物結(jié)構(gòu)中的Fe(Ⅲ)，并形成具有光化學(xué)活性的Fe(Ⅲ)-草酸配合物，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。初始pH值、草酸濃度、Cr(Ⅵ)初始濃度、施氏礦物用量等對(duì)反應(yīng)有顯著

5、影響，低pH和高濃度草酸有利于Cr(Ⅵ)快速還原。在實(shí)驗(yàn)條件下，施氏礦物的最佳用量為0.6 g/L，當(dāng)pH=3.0時(shí)，反應(yīng)50 min后Cr(Ⅵ)的還原去除率高達(dá)99.2％，幾乎被完全去除。在足夠量草酸存在下施氏礦物對(duì)Cr(Ⅵ)的光催化還原反應(yīng)遵循零級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，施氏礦物反應(yīng)前和反應(yīng)后的表面形態(tài)基本沒(méi)有發(fā)生變化，能夠被回收重復(fù)使用。我們的研究結(jié)果進(jìn)一步證明，施氏礦物可作為一種有前途的高效、廉價(jià)光催化劑治理含Cr(Ⅵ)的污染廢水。

6、　　 第三部分:在25℃和初始pH3.0-5.0條件下，主要研究了另外兩種小分子有機(jī)酸（檸檬酸、酒石酸）存在下施氏礦物對(duì)光化學(xué)還原Cr(Ⅵ)的催化作用。結(jié)果表明:在光照條件下，小分子有機(jī)酸和施氏礦物共同存在時(shí)，Cr(Ⅵ)的還原去除率顯著提高，太陽(yáng)光照射下的比模擬日光下的效果更好。相同條件下，施氏礦物存在時(shí)本文所研究的三種小分子有機(jī)酸還原Cr(Ⅵ)的速率大小為:草酸＞檸檬酸＞酒石酸。同時(shí)探討了pH值、有機(jī)酸初始濃度、Cr(Ⅵ)初始濃度和