三氯化鐵-硼氫化鈉反應體系去除水中六價鉻的效能及機理研究.pdf

1、目前，水體重金屬污染是一個十分突出、亟待解決的環(huán)境問題。鉻(Cr)，作為重金屬之一，在電鍍、制革、顏料生產(chǎn)等工業(yè)中廣泛應用，導致大量的含鉻(主要是Cr(Ⅵ))廢水產(chǎn)生。作為第一類污染物，六價鉻毒性高，遷移性強，環(huán)境危害大，在車間內(nèi)就得處理。目前，雖然有多種方法可以對六價鉻廢水進行處理，但是鮮有方法能快速高效地去除六價鉻。此外，以云南曲靖為代表的突發(fā)性六價鉻污染事件時有發(fā)生，因此，尋找一種能快速高效去除水中六價鉻的方法十分必要。
　

2、　受nZVI方法去除六價鉻的啟發(fā)，提出了一種新的六價鉻去除方法，即將制備nZVI的原料——三氯化鐵(FeCl3)和硼氫化鈉(NaBH4)，直接依次加入到六價鉻水溶液中，從而快速高效地去除六價鉻。
　　通過燒杯實驗研究了影響FeCl3/NaBH4反應體系去除Cr(Ⅵ)的效果的諸多因素，包括溶液pH、Fe(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)摩爾比、初始Cr(Ⅵ)濃度、FeCl3和NaBH4的加入順序、NaBH4/FeCl3摩爾比、溶解氧、共存物質(zhì)包括共

3、存陽離子和共存陰離子，以及反應溫度等，確定了去除Cr(Ⅵ)的最佳反應條件。并對比了FeCl3/NaBH4反應體系、單獨的FeCl3以及單獨的NaBH4去除Cr(Ⅵ)的效果。通過氧化還原電位計算，以及結(jié)合對燒杯實驗中生成的沉淀物的多種表征，包括X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)以及X射線光電子能譜(XPS)等，對FeCl3/NaBH4反應體系去除水中Cr(ⅥI)的機制進行了探究。所得主要結(jié)論如下

4、:
　　1.當溶液pH值大于3.5時，pH值越低，F(xiàn)e(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)摩爾比越大，NaBH4/FeCl3摩爾比越大，F(xiàn)eCl3/NaBH4反應體系對Cr(Ⅵ)的去除效果就越好。對于濃度為50～200 mg/L的六價鉻水溶液，反應的最佳條件是:初始pH為3.5～6.0，F(xiàn)e(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)摩爾比為1.0，NaBH4/FeCl3摩爾比為3.0，向六價鉻水溶液中先加入FeCl3再加入NaBH4,攪拌反應3 min。此時，Cr(Ⅵ)的

5、去除效果最好，其去除率可達97.6％以上。
　　2.溶解氧存在與否對六價鉻的去除沒有影響。這說明FeCl3/NaBH4反應體系去除Cr(Ⅵ)的機理很可能不是先原位生成nZVI，再通過nZVI去除Cr(Ⅵ)的機理。Ca2+、Mg2+、NO3-、HCO3-的存在，對FeCl3/NaBH4反應體系去除Cr(Ⅵ)沒有影響。Fe2+和Al3+的存在會導致體系生成溶膠。SO42-和PO43-的存在會導致六價鉻的去除率降低。溫度越低，F(xiàn)eCl3

6、/NaBH4反應體系去除Cr(Ⅵ)的效果越好。FeCl3/NaBH4體系比單獨的FeCl3和單獨的NaBH4去除Cr(Ⅵ)的效果要好。在很寬的pH值范圍內(nèi)(pH為4-14)，從沉淀物中浸出的鉻含量都較低，表明鉻能較好地固定于沉淀物中。
　　3.氧化還原電位計算的結(jié)果表明只有當體系中的Cr(Ⅵ)全部反應完時，NaBH4才會和FeCl3反應，生成nZVI或者Fe3O4等nZVI的氧化產(chǎn)物。對沉淀物的XRD、TEM、FTIR以及XPS分

7、析表明，生成的沉淀是一種復雜的Fe-Cr氧化物/氫氧化物。而且，XPS分析進一步證明了nZVI或Fe3O4等nZVI的氧化產(chǎn)物只有在FeCl3和NaBH4投加過量時才可能生成。
　　4.FeCl3/NaBH4反應體系從水溶液中去除Cr(Ⅵ)的機理包括化學還原、吸附/共沉淀，但是不包括原位生成nZVI。六價鉻的去除主要是利用NaBH4在酸性條件下對Cr(Ⅵ)的還原作用，將Cr(Ⅵ)化學還原為Cr(Ⅲ)，生成的Cr(Ⅲ)再與Fe(Ⅲ)

8、發(fā)生共沉淀。其中，酸性條件的創(chuàng)造主要是依靠FeCl3水解產(chǎn)生大量氫離子。此外，F(xiàn)eCl3水解產(chǎn)生的帶正電的水解產(chǎn)物也會對陰離子型的Cr(Ⅵ)產(chǎn)生吸附作用，從而有助于Cr(Ⅵ)的去除。
　　提出的六價鉻去除方法具有去除效率高、反應時間快、沉淀時間短、適應pH范圍寬、藥劑易得等優(yōu)點。它可以應用于六價鉻水污染突發(fā)事件的應急處理，以及六價鉻工業(yè)廢水的處理，具有較強的應用性。此外，闡明了六價鉻的去除機制，為廢水中六價鉻的去除和無害化處理提供