纳米零价铁复合粒子对Cr(VI)污染土壤的修复研究

摘要

近年来，重金属污染土壤已成为全球性的环境问题，且Cr(Ⅵ)已经成为对土壤和水体有毒的重金属元素之一，Cr(Ⅵ)污染的土壤和水体的修复已经迫在眉睫。本论文研究了纳米Fe-Ni以及纳米Fe-Cu双金属复合粒子对某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的还原-固定作用。通过设置土壤溶液pH值、纳米复合粒子投加量、处理时间、离子强度、共存阴离子以及腐植酸等不同的影响因素，研究其对纳米Fe-Ni以及纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响。并根据Box-Beknhen设计原理设计了3因素3水平的15组实验，进行了纳米Fe-Ni以及纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的响应面分析，揭示了这些因素对其还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响。本实验主要的研究结论如下:
　　(1)在土壤中加入0.3g纳米Fe-Ni时土壤中Cr(Ⅵ)的还原率最大，为99.91％;当土壤中加入0.6g纳米Fe-Cu双金属复合粒子时土壤中Cr(Ⅵ)的还原率最大，为94.97％;
　　(2)当土壤溶液pH值为4时，纳米Fe-Ni双金属复合粒子对土壤中Cr(Ⅵ)的还原率最大，为98.93％;当土壤溶液pH为3时，纳米Fe-Cu双金属复合粒子对土壤中Cr(Ⅵ)的还原率最大，为97.66％;
　　(3)纳米Fe-Ni和纳米Fe-Cu双金属复合粒子修复Cr(Ⅵ)污染土壤的最佳处理时间为12h，此时Cr(Ⅵ)的还原率最大，分别为99.69％和91.58％;
　　(4)低离子强度促进纳米Fe-Ni和纳米Fe-Cu双金属复合粒子对土壤中Cr(Ⅵ)的还原，而高离子强度则会抑制其对土壤中Cr(Ⅵ)的还原;
　　(5) NO3-促进纳米Fe-Ni和Fe-Cu双金属复合粒子对土壤中Cr(Ⅵ)的还原，其余4种阴离子对其还原土壤中Cr(Ⅵ)起到显著的抑制作用，而且阴离子浓度越高，抑制作用越显著。
　　(6)土壤溶液pH＜6时腐植酸对纳米Fe-Ni和纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原土壤中Cr(Ⅵ)的影响不显著;当土壤溶液pH≥6时高浓度的腐植酸会促进纳米Fe-Ni和纳米Fe-Cu双金属复合粒子对土壤中Cr(Ⅵ)的还原。
　　(7)对纳米Fe-Ni和纳米Fe-Cu双金属复合粒子对土壤中Cr(Ⅵ)的还原动力学研究表明，2组实验中所研究的时间范围内，ln（c/c0）与时间t呈良好的线性关系，反应符合准一级动力学。而且其表观速率常数的大小表现出的规律与还原速率曲线中的规律一致。
　　(8)纳米复合粒子还原土壤中Cr(Ⅵ)的响应面分析可知，纳米复合粒子投加量、土壤溶液的pH值和处理时间对土壤中Cr(Ⅵ)还原率的影响是显著的，其影响顺序为处理时间＞纳米零价铁复合粒子投加量＞土壤溶液的pH值。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1 铬(Cr)污染土壤的现状、来源、危害以及形态转化

1．1 铬(Cr)的基本性质

1．2 我国土壤Cr污染的现状

1．3 我国土壤Cr污染的来源

1．4 铬(Cr)污染的危害

1．5 土壤中Cr的存在价态、形态和迁移转化特性

2 Cr污染土壤修复技术的研究进展

2．1 Cr污染土壤的物理修复法

2．2 Cr污染土壤的物理化学修复法

2．3 Cr污染土壤的固定／稳定化修复法

2．4 Cr污染土壤的生物修复法

2．5 Cr污染土壤的化学还原修复法

3 研究意义、研究内容与技术路线

3．1 研究意义

3．2 研究内容

3．3 技术路线

第二章 试验材料、仪器与试验方法

1 试验材料、仪器和化学试剂

1．1 试验材料

1．2 试验仪器

1．3 化学试剂

2 试验方法

2．1 纳米零价铁复合粒子的制备以及表征

2．2 土壤中Cr(Ⅵ)浓度的测定

2．3 土壤中Cr(Ⅵ)的还原率

第三章 纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的研究

1 纳米Fe-Cu双金属复合粒子的表征

2 纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的影响因素研究

2．1 纳米Fe-Cu双金属复合粒子投加量对其还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．2 处理时间对纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．3 土壤溶液pH值对纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．4 离子强度对纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．5 共存阴离子对纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．6 不同pH值下腐植酸对纳米Fe-Cu双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

3 纳米Fe-Cu双金属复合粒子对某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的还原动力学研究

3．1 纳米Fe-Cu复合粒子还原动力学实验设计

3．2 结果与讨论

4 纳米Fe-Cu双金属复合粒子对某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的响应面分析研究

4．1 响应面分析实验设计

4．2 结果与讨论

5 本章小结

第四章 纳米Fe-Ni双金属复合粒子还原-固定某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的研究

1 纳米Fe-Ni双金属复合粒子的表征

2 纳米Fe-Ni双金属复合粒子还原某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的影响因素研究

2．1 纳米Fe-Cu双金属复合粒子投加量对其还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．2 处理时间对纳米Fe-Ni双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．3 土壤溶液pH对纳米Fe-Ni双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．4 离子强度对纳米Fe-Ni双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．5 共存阴离子对纳米Fe-Ni双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

2．6 共存阴离子对Fe-Ni双金属复合粒子还原-固定土壤中Cr(Ⅵ)的影响

3 纳米Fe-Ni双金属复合粒子对某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的还原动力学研究

3．1 还原动力学研究实验设计

3．2 结果与讨论

4 纳米Fe-Ni双金属复合粒子还原某钢厂厂区土壤中Cr(Ⅵ)的响应面分析

4．1 响应面分析的实验设计

4．2 结果与讨论

5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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