【摘 要】
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人类对矿产资源的需求日益增加,频繁的采矿活动造成了严重的环境污染,内蒙古西部地区铬矿资源丰富,常年的开采导致了矿区周边土壤环境的铬污染比较严重,威胁着动物、植物和人体的健康,因此急需开发快速有效的土壤铬污染修复技术。纳米级别的材料由于其高比表面积效应、优越的小尺寸效应,且具有很强的还原性、吸附性和络合能力,还不会造成二次污染,常被用作去除土壤中的重金属。近些年很多研究表明纳米零价铁材料对土壤铬污染
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人类对矿产资源的需求日益增加,频繁的采矿活动造成了严重的环境污染,内蒙古西部地区铬矿资源丰富,常年的开采导致了矿区周边土壤环境的铬污染比较严重,威胁着动物、植物和人体的健康,因此急需开发快速有效的土壤铬污染修复技术。纳米级别的材料由于其高比表面积效应、优越的小尺寸效应,且具有很强的还原性、吸附性和络合能力,还不会造成二次污染,常被用作去除土壤中的重金属。近些年很多研究表明纳米零价铁材料对土壤铬污染的修复效果明显,但在石灰性污染土壤的应用研究较少。为了探究纳米零价铁材料在铬污染石灰性土壤修复的可行性,本研究利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP K-30)和无水乙醇制备了性质稳定的纳米零价铁材料PVP-nZVI,通过静态土样培养和动态土柱淋洗实验,研究PVP-nZVI对石灰性Cr(Ⅵ)污染土壤的修复效果和转化机理,取得的主要研究结果如下:(1)由PVP和无水乙醇通过改良液相还原法制备的PVP-nZVI性质稳定,不易团聚和氧化,可以在乙醇溶液中保存较长时间,其比表面积为40 m2/g,孔体积达到0.2135 cm3/g,平均孔径为21.1366 nm。SEM表征结果显示PVP-nZVI颗粒呈球状样貌且分散均匀,颗粒间连接形成链状,平均粒径在30 nm左右。XRD图谱在2θ=44°左右出现了完整的主峰,证明该物质是零价铁。EDS和XPS的表征结果显示制备的PVP-nZVI材料具有完整的核壳结构。(2)通过静态土壤培养实验研究添加量、反应时间、温度和土水比对PVP-nZVI去除石灰性土壤中Cr(Ⅵ)效果的影响,探索最佳条件,结果表明:PVP-nZVI添加量为3%时最佳,去除量为99.9 mg/kg,去除率达到了87.3%。反应时间在16 h去除效果最佳,去除量为93.3 mg/kg,去除率达到了81.6%,温度在35°时去除效果最佳,去除量为108 mg/kg,去除率达到了94.4%,土水比在1:5时最佳,去除量为99.1 mg/kg,去除率达到了87.6%。且PVP-nZVI材料去除土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的过程符合伪一级动力学,表观反应速率Kobs=0.0124 min-1。(3)通过动态土柱淋洗实验研究PVP-nZVI去除石灰性土壤中Cr(Ⅵ)的效果和对土壤性质的影响,结果显示:渗滤液中Cr(Ⅵ)的浓度呈下降趋势,第五天时渗滤液的Cr(Ⅵ)浓度基本检测不到,渗滤液的p H值会随着Cr(Ⅵ)浓度下降呈现出先升高后下降最后趋于稳定的状态,渗滤液的电导率和氧化还原电位会随着渗滤液中Cr(Ⅵ)浓度下降呈现出下降的趋势。可以看出PVP-nZVI修复土壤时在一定范围内会降低电导率和氧化还原电位,但p H的变化幅度小,对土柱渗滤液性质基本没有较大影响。
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