三氯化鐵-硼氫化鈉反應(yīng)體系去除水中六價(jià)鉻的效能及機(jī)理研究.pdf

1、目前，水體重金屬污染是一個(gè)十分突出、亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。鉻(Cr)，作為重金屬之一，在電鍍、制革、顏料生產(chǎn)等工業(yè)中廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致大量的含鉻(主要是Cr(Ⅵ))廢水產(chǎn)生。作為第一類(lèi)污染物，六價(jià)鉻毒性高，遷移性強(qiáng)，環(huán)境危害大，在車(chē)間內(nèi)就得處理。目前，雖然有多種方法可以對(duì)六價(jià)鉻廢水進(jìn)行處理，但是鮮有方法能快速高效地去除六價(jià)鉻。此外，以云南曲靖為代表的突發(fā)性六價(jià)鉻污染事件時(shí)有發(fā)生，因此，尋找一種能快速高效去除水中六價(jià)鉻的方法十分必要。
　

2、　受nZVI方法去除六價(jià)鉻的啟發(fā)，提出了一種新的六價(jià)鉻去除方法，即將制備nZVI的原料——三氯化鐵(FeCl3)和硼氫化鈉(NaBH4)，直接依次加入到六價(jià)鉻水溶液中，從而快速高效地去除六價(jià)鉻。
　　通過(guò)燒杯實(shí)驗(yàn)研究了影響FeCl3/NaBH4反應(yīng)體系去除Cr(Ⅵ)的效果的諸多因素，包括溶液pH、Fe(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)摩爾比、初始Cr(Ⅵ)濃度、FeCl3和NaBH4的加入順序、NaBH4/FeCl3摩爾比、溶解氧、共存物質(zhì)包括共

3、存陽(yáng)離子和共存陰離子，以及反應(yīng)溫度等，確定了去除Cr(Ⅵ)的最佳反應(yīng)條件。并對(duì)比了FeCl3/NaBH4反應(yīng)體系、單獨(dú)的FeCl3以及單獨(dú)的NaBH4去除Cr(Ⅵ)的效果。通過(guò)氧化還原電位計(jì)算，以及結(jié)合對(duì)燒杯實(shí)驗(yàn)中生成的沉淀物的多種表征，包括X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)以及X射線光電子能譜(XPS)等，對(duì)FeCl3/NaBH4反應(yīng)體系去除水中Cr(ⅥI)的機(jī)制進(jìn)行了探究。所得主要結(jié)論如下

4、:
　　1.當(dāng)溶液pH值大于3.5時(shí)，pH值越低，F(xiàn)e(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)摩爾比越大，NaBH4/FeCl3摩爾比越大，F(xiàn)eCl3/NaBH4反應(yīng)體系對(duì)Cr(Ⅵ)的去除效果就越好。對(duì)于濃度為50～200 mg/L的六價(jià)鉻水溶液，反應(yīng)的最佳條件是:初始pH為3.5～6.0，F(xiàn)e(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)摩爾比為1.0，NaBH4/FeCl3摩爾比為3.0，向六價(jià)鉻水溶液中先加入FeCl3再加入NaBH4,攪拌反應(yīng)3 min。此時(shí)，Cr(Ⅵ)的

5、去除效果最好，其去除率可達(dá)97.6％以上。
　　2.溶解氧存在與否對(duì)六價(jià)鉻的去除沒(méi)有影響。這說(shuō)明FeCl3/NaBH4反應(yīng)體系去除Cr(Ⅵ)的機(jī)理很可能不是先原位生成nZVI，再通過(guò)nZVI去除Cr(Ⅵ)的機(jī)理。Ca2+、Mg2+、NO3-、HCO3-的存在，對(duì)FeCl3/NaBH4反應(yīng)體系去除Cr(Ⅵ)沒(méi)有影響。Fe2+和Al3+的存在會(huì)導(dǎo)致體系生成溶膠。SO42-和PO43-的存在會(huì)導(dǎo)致六價(jià)鉻的去除率降低。溫度越低，F(xiàn)eCl3

6、/NaBH4反應(yīng)體系去除Cr(Ⅵ)的效果越好。FeCl3/NaBH4體系比單獨(dú)的FeCl3和單獨(dú)的NaBH4去除Cr(Ⅵ)的效果要好。在很寬的pH值范圍內(nèi)(pH為4-14)，從沉淀物中浸出的鉻含量都較低，表明鉻能較好地固定于沉淀物中。
　　3.氧化還原電位計(jì)算的結(jié)果表明只有當(dāng)體系中的Cr(Ⅵ)全部反應(yīng)完時(shí)，NaBH4才會(huì)和FeCl3反應(yīng)，生成nZVI或者Fe3O4等nZVI的氧化產(chǎn)物。對(duì)沉淀物的XRD、TEM、FTIR以及XPS分

7、析表明，生成的沉淀是一種復(fù)雜的Fe-Cr氧化物/氫氧化物。而且，XPS分析進(jìn)一步證明了nZVI或Fe3O4等nZVI的氧化產(chǎn)物只有在FeCl3和NaBH4投加過(guò)量時(shí)才可能生成。
　　4.FeCl3/NaBH4反應(yīng)體系從水溶液中去除Cr(Ⅵ)的機(jī)理包括化學(xué)還原、吸附/共沉淀，但是不包括原位生成nZVI。六價(jià)鉻的去除主要是利用NaBH4在酸性條件下對(duì)Cr(Ⅵ)的還原作用，將Cr(Ⅵ)化學(xué)還原為Cr(Ⅲ)，生成的Cr(Ⅲ)再與Fe(Ⅲ)

8、發(fā)生共沉淀。其中，酸性條件的創(chuàng)造主要是依靠FeCl3水解產(chǎn)生大量氫離子。此外，F(xiàn)eCl3水解產(chǎn)生的帶正電的水解產(chǎn)物也會(huì)對(duì)陰離子型的Cr(Ⅵ)產(chǎn)生吸附作用，從而有助于Cr(Ⅵ)的去除。
　　提出的六價(jià)鉻去除方法具有去除效率高、反應(yīng)時(shí)間快、沉淀時(shí)間短、適應(yīng)pH范圍寬、藥劑易得等優(yōu)點(diǎn)。它可以應(yīng)用于六價(jià)鉻水污染突發(fā)事件的應(yīng)急處理，以及六價(jià)鉻工業(yè)廢水的處理，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。此外，闡明了六價(jià)鉻的去除機(jī)制，為廢水中六價(jià)鉻的去除和無(wú)害化處理提供