流动柱法研究生物合成施氏矿物对Cr(Ⅵ)的去除效果

摘要

铬(Chromium)是广泛存在于自然界的一种元素，具有可变氧化数，主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)两种形态存在于环境中。Cr(Ⅵ)具有高毒性和高迁移性，对人类和环境有着严重的污染和毒害作用。由于铬(Cr)的特殊物理和化学性质，铬及其化合物是冶金、金属加工、电镀、制革、颜料和有机合成等行业中常用的基本原料。在这些行业的生产过程中产生的大量含铬废渣、废气和废水因不能有效地控制或不合理的排放，导致了我国许多地区存在着严重的铬污染问题。动态吸附法因更接近自然条件，且具有高效、无害和无二次污染等优点而受到广泛关注。本文主要研究不同流速、pH以及干扰离子等因素对生物合成施氏矿物动态吸附Cr(Ⅵ)的影响及其吸附机理。
　　 本论文分为两部分:
　　 第一部分:利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌Acidithtobacillus ferrooxidans LX5催化氧化FeSO4合成施氏矿物，借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等方法对产物形貌结构和组成进行分析表征。结果表明合成产物为施氏矿物。
　　 第二部分:在室温条件下，通过动态实验研究了不同浓度、不同pH条件以及不同干扰离子对施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)的影响，并结合吸附过程中溶液pH的变化分析其吸附机理。结果表明随着Cr(Ⅵ)的浓度增加，施氏矿物对Cr(Ⅵ)吸附量随之增加;不同pH值影响施氏矿物的表面电荷和Cr(Ⅵ)的存在形态，从而影响施氏矿物的吸附行为，主要通过改变溶液中Cr(Ⅵ)的存在形态来影响吸附效果。相同pH条件下，不同常见阳离子对施氏矿物的吸附行为几乎不产生影响;专性吸附能力较强的H2PO4-对吸附效果产生极为明显的影响，SO42-次之，NO3-也几乎不产生影响。试验最终确定pH6.0为最佳吸附pH值，并推测Cr(Ⅵ)被吸附时是进入施氏矿物中铁配位壳层的内Helmoltz层，形成了内层络合物，即通过离子交换的方式被施氏矿物吸附于矿物内部结构中。由此导致被吸附的Cr(Ⅵ)很难被洗脱下来。另外，在室温、pH=6.0的条件下，通过动态实验研究了不同流速以及不同矿物用量对施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)的影响及其机理。结果表明矿物用量对施氏矿物动态吸附Cr(Ⅵ)有明显影响，随着矿物量的增加(0.05 g-0.2 g)，理论吸附量由34.02μmol增加到91.85μmol，而吸附速率常数（kYN）在用量为0.1g时达到最大值;流速也是动态吸附过程中一个重要的影响因素，随着流速的增加，吸附量和吸附速率均先增加后减小，并且都在1.0 mL/min的流速条件下达到最大值。最终确定最佳流速为1.0 mL/min，最佳矿物用量为0.1g。对比τcal、τ-exp以及qcal、qexp两组数据可知施氏矿物动态吸附Cr(Ⅵ)的流出曲线可以用Yoon-Nelson模型很好的拟合。论文最后对吸附试验前后施氏矿物的红外图谱进行对照，发现施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)后结构中的SO42-大大减少，并且吸附后的图谱中明显多出两个Cr(Ⅵ)的红外吸收峰。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 铬的性质及其污染

1．1．1 铬的性质及用途

1．1．2 铬的污染途径及危害

1．1．3 铬污染的修复途径

1．2 施氏矿物的研究概况

1．2．1 施氏矿物的组成和结构

1．2．2 施氏矿物的吸附研究进展与环境学意义

1．3 施氏矿物的制备方法简介

1．3．1 无机合成法

1．3．2 微生物合成法

1．4 研究的目的、意义以及研究方法

参考文献

第二章 施氏矿物合成及其表征

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 溶液配制

2．2．3 实验准备

2．2．4 施氏矿物的制备与改性

2．2．5 合成产物的表征

2．3 结果

2．4 讨论

2．5 结论

参考文献

第三章 流动柱法研究生物合成施氏矿物对Cr(Ⅵ)的去除效果

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 溶液配制

3．2．3 实验准备

3．2．4 实验步骤

3．2．5 Cr(Ⅵ)的分析方法

3．2．6 试验前后施氏矿物的红外分析方法

3．2．7 溶液pH值分析方法

3．3 结果

3．3．1 测定Cr(Ⅵ)的标准曲线

3．3．2 施氏矿物对Cr(Ⅵ)的动态吸附特性

3．3．3 吸附Cr(Ⅵ)后施氏矿物的洗脱试验

3．3．4 动态吸附模型(Yoon-Nelson模型)拟合

3．3．5 吸附前后施氏矿物红外表征对比

3．4 讨论

3．4．1 施氏矿物对Cr(Ⅵ)的动态吸附特性

3．4．2 洗脱实验

3．4．3 吸附前后施氏矿物红外表征对比

3．5 结论

参考文献

全文结论

创新之处

致谢

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