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地下水作为市政、农业和工业供水重要的水源,在保障我国城乡居民生活用水、支持社会经济发展、维持生态平衡等方面具有十分重要的作用。地下水位于地表以下,污染发生时通常较为隐蔽,再加上其水文地质条件复杂,增加了其危害性与修复难度,一旦遭受到污染,修复难度大、周期长、成本高,而且对生态环境和人体健康所造成的破坏往往难以逆转。铬在包气带中具有较好的迁移性,其中迁移性强的六价铬会不断向下迁移,最终穿过包气带,到达地下水面,进而造成大面积地下水污染,严重影响人体健康和生态环境。由此可见,铬污染不可小视,其引起的地下水污染越来越受到人们的广泛关注。原位反应带技术是通过注入井原位注入的方式将反应试剂或者微生物注入到地下环境中,通过反应试剂与目标污染物的相互作用在地下环境中创建一个或多个反应带,进而对迁移过程中的目标污染物起到阻截、固定或者降解的作用。原位反应带技术应用于地下水污染修复,主要的成本为注入井的建造费用,不需要昂贵的抽取和处理系统等设施费用,同时该技术的运行费用相对较低,修复范围不受污染羽深度的限制,其运行不会对周围环境产生较大的干扰。在实际的场地修复过程中,反应试剂的正确选择是对反应带污染物发挥作用的基础条件,优化反应试剂在地下环境中的生物地球化学过程在一定程度上可以大大提高其对污染物的修复效果。近年来研究人员提出将纳米FeS作为还原剂原位修复铬污染地下水,但是纳米材料易氧化团聚而失去活性、在地下环境中的迁移性较差,不能高效降解污染物,因此对纳米FeS进行改性,从而增强其稳定性和迁移性具有重要的应用价值。本研究从纳米FeS修复铬污染地下水的角度出发,采用均相沉淀法制备了纳米FeS以及羧甲基纤维素钠(CMC)稳定纳米FeS(CMC-FeS),并从稳定性和反应性对二者进行了对比,从而考察其作为原位反应带注入试剂修复铬污染地下水的应用性。同时还研究了亚铁离子和硫离子共存条件下与六价铬的相互作用机制,并对FeS与六价铬反应后的产物进行分析,初步探究其与六价铬的反应机理,以期为采用硫化亚铁治理六价铬污染地下水提供理论依据。研究成果如下:(l)采用均相沉淀法制备纳米FeS多为细丝状,细丝长度在20-50nm之间,且团聚成团。该材料具有较好抗氧化能力,但在较短时间内便发生沉降,稳定性较差。CMC稳定纳米FeS具有良好的分散性,纳米粒子呈球形,粒径的分布范围为20-50nm。新制备的材料在放置30d后,仍然只检测到了 FeS的存在,并没有出现铁的氧化物,证明CMC-FeS具有较强的抗氧化能力。当CMC的质量浓度为2.4%时,5g/L的FeS悬浊液3d内仅下沉了 1.5cm,证明所制备的CMC-FeS具有较强的稳定性,有利于其原位应用于地下水污染修复。(2)纳米FeS与六价铬反应的主要因素有硫化亚铁种类,pH,反应温度和初始六价铬浓度。新制备的FeS悬浊液对六价铬去除效率分别为市售FeS、干燥之后FeS粉末和CMC-FeS悬浊液的7.88倍、2.71倍和1.02倍。pH主要影响FeS(CMC-FeS)的溶解以及铬的存在形态,进而导致不同pH值条件下的去除效率和反应机理不同。根据阿伦尼乌斯公式求得FeS与Cr(VI)反应的活化能为44.88 kJ/mol,而CMC-FeS与Cr(VI)反应的活化能为38.42kJ/mol,进一步证实了该反应为化学反应控制过程。在FeS(CMC-FeS)用量一定的情况下,随着初始六价铬浓度的增加,反应速率迅速下降,六价铬的去除率降低。在制备过程中,CMC的加入使得CMC-FeS与六价铬的接触受阻,同时细丝状的纳米FeS较圆球状的CMC-FeS也更容易与六价铬接触,但是2h内,CMC-FeS悬浊液和FeS悬浊液对六价铬去除率相差不大,再加上CMC-FeS具有较好的抗氧化能力和稳定性,其作为原位注入试剂,在六价铬污染地下水的修复与治理方面具有更大的优势。CMC的加入降低了反应的活化能,使反应更容易进行。在实际场地修复中,可以根据场地六价铬污染情况,来确定反应试剂的用量,以期获得最佳的修复效果。(3)当pH值为7.0-9.0时,纳米FeS(CMC-FeS)作为原位反应带的注入试剂处理Cr(VI)污染地下水过程中,必然存在亚铁离子和硫离子共存的情况,此时二者对Cr(VI)的去除率会优于二者单独作用效果的叠加,这种促进作用产生的原因可能是反应过程中生成的三价铁离子起到了一定的催化作用。溶液的pH值对纳米FeS(CMC-FeS)的溶解度存在很大的影响。当pH≤3时,FeS溶解出来的Fe2+和S2-较多,此时二者均作为强还原剂,能够快速的还原溶液中的Cr(VI),产物主要为铁和铬的氧化物;当初始pH为5~12时,Cr(VI)先吸附在FeS表面,进而被还原,产物主要为铁、铬和硫的共沉淀;当pH≥12时,Cr(VI)在溶液中以Cr042-的形式存在,此时,溶液的pH值也远远大于FeS的等电点(~7.5),二者之间存在较强的静电斥力,不利于FeS对Cr(VI)的吸附,因而Cr(VI)的去除率下降。