【摘 要】
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铬渣(chromite ore processing residue,COPR)主要是采用有钙焙烧工艺生产铬盐过程中产生的工业废渣,所含的Cr(Ⅵ)具有致癌性。铬渣的污染已经严重危害生态环境和人类健康。铬
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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铬渣(chromite ore processing residue,COPR)主要是采用有钙焙烧工艺生产铬盐过程中产生的工业废渣,所含的Cr(Ⅵ)具有致癌性。铬渣的污染已经严重危害生态环境和人类健康。铬渣中Cr(Ⅵ)的赋存形态及生物可给性直接影响铬渣的环境行为和毒理效应。本文从环境水样中Cr(Ⅵ)与Cr(Ⅲ)的形态分离入手,利用逐级提取法研究Cr(Ⅵ)在铬渣中的赋存形态,并通过体外法评价铬渣中Cr(Ⅵ)的生物可给性。
首先,采用天然白云石分离Cr(Ⅱ)与Cr(Ⅵ)。研究发现,在pH为4~10的范围内,白云石对Cr(Ⅲ)的吸附率大于99%,而对Cr(Ⅵ)的吸附率不到10%;对Cr(Ⅲ)的半衡吸附容量为0.03 mg/kg;天然水环境中的共存物质如Mg2+、Ca2+、CO32-和HA对分离效果无明显影响;结果表明,白云石能够有效分离环境水样中的Cr(Ⅲ)-与Cr(Ⅵ);吸附机理是水中的Cr3+与白云石上的Mg2+和Ca2+发生阳离子交换。
其次,基于三种常见的逐级提取法(BCR、Tessier和ZB)对比研究了铬渣中Cr(Ⅵ)的赋存形态,并借助XRPD、XANES、FTIR和SERS等技术考察了每一步萃取后残渣中Cr的形态变化。结果表明,铬渣中的Cr(Ⅵ)主要是可溶解与可交换态(比例分别为BCR53.4%,Tessier57.9%,ZB77.4%),说明Cr(Ⅵ)在铬渣中是易溶和易迁移的;而总Cr是以残留态为主(BCR69.0%,Tessier77.8%,ZB66.4%),证明固相介质上的Cr(Ⅵ)比Cr(Ⅲ)的迁移性更强。
最后,通过体外模拟胃肠法(IVG)和动态透析法(DCFD)评价了铬渣中Cr(Ⅵ)的生物可给性。发现Cr(Ⅵ)在IVG法模拟的胃肠液中不会被还原。铬渣在胃和肠环境中的生物可给性分别是53.8%和42.9%;而在DCFD的胃中的生物有效性可达62.8%,但在肠段生物有效性接近于零。膳食中如果包含牛奶、面团和抗坏血酸会显著地降低Cr(Ⅵ)在体内的生物可给性;含有乳酸、苹果酸和柠檬酸的食物只能还原少量的Cr(Ⅵ);而醋酸则对Cr(Ⅵ)没有还原作用。采用动力学曲线下积分面积(AUC)计算生物可给性比传统的的终点浓度法(CEP)更能反映Cr(Ⅵ)在人体内的真实消化过程。另外,经XANES和XRPD对消化后的残渣分析证实,铬渣消化时释放了Cr(Ⅵ),但Cr(Ⅵ)在消化液中被抗坏血酸等还原。健康风险评估表明,铬渣对儿童的致癌风险比安全阈值高15倍以上。
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