锰和铁对有机酸还原六价铬的影响研究

论文摘要

由于铬（Cr）的特殊物理和化学性质,铬及其化合物在冶金、电镀、制革、颜料、油漆、印染和化工等行业中得到广泛应用。在这些行业的生成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土壤铬污染问题。土壤中广泛存在小分子有机酸和腐殖酸等有机物,它们均可直接将土壤中的Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）,从而降低Cr（Ⅵ）在土壤中的迁移性和生物的可利用性,达到减轻铬污染的危害。铁是土壤中含量较高的金属元素,占土壤含量的3.8%,土壤中锰的含量尽管远少于铁,但同铁一样,对于铬在土壤中的化学行为有重要影响。研究锰和铁对小分子有机酸和腐殖酸还原六价铬的影响,对进一步了解土壤中六价铬的化学行为具有重要的意义。本试验主要研究了高岭石和蒙脱石表面吸附态的Mn2+和Fe3+对草酸、柠檬酸和酒石酸还原六价铬的影响以及水溶态的Mn2+和Fe3+对腐殖酸还原六价铬的影响。主要研究结果如下:通过批式试验着重研究了高岭石表面吸附态Mn2+对草酸、柠檬酸和酒石酸还原Cr（Ⅵ）速率的影响。结果表明,高岭石表面吸附态Mn2+对3种有机酸还原Cr（Ⅵ）均展示出良好的催化作用,其效果为:草酸＞柠檬酸经＞＞酒石酸。酒石酸为还原剂,初始浓度≤2.0 mmol·L-1时,高岭石表面吸附态Mn2+对酒石酸还原Cr（Ⅵ）的催化作用不显著,但其催化作用随酒石酸初始浓度的增加而明显提高。温度和pH对高岭石表面吸附态Mn2+催化草酸和柠檬酸还原Cr（Ⅵ）有显著影响,温度越高,反应速率越快;pH=3.5-4.5范围内,草酸对Cr（Ⅵ）的还原反应随pH的降低而显著升高;然而,柠檬酸对Cr（Ⅵ）的还原作用却在pH=4.0时为最快。通过批式试验研究高岭石表面吸附态Fe3+对草酸、柠檬酸和酒石酸还原Cr（Ⅵ）速率的影响。结果表明,高岭石表面吸附态Fe3+对3种有机酸还原Cr（Ⅵ）均展示出良好的催化作用,其效果为:酒石酸＞草酸＞柠檬酸。本试验条件下草酸、柠檬酸和酒石酸3种有机酸自身光解的速度比较慢,因此该三种有机酸自身光解产生的还原性自由基对Cr（Ⅵ）的还原作用不占主导地位。Fe3+光催化还原Cr（Ⅵ）的速率与有机酸分子中羧基的数量并不存在线性相关。pH对高岭石表面吸附态Fe3+催化草酸还原Cr（Ⅵ）有显著影响,pH=3.5-4.5范围内,草酸对Cr（Ⅵ）的还原反应随pH的降低而显著升高。然而草酸浓度在2mmol·L-1-10mmol·L-1范围内,对于该反应无明显影响。25℃和pH=2.0-6.0条件下,研究了外加的Mn2+和Fe3+对腐殖酸还原六价铬的影响。结果表明,pH对腐殖酸还原Cr（Ⅵ）有较大的影响,在2.0-6.0范围内,随pH的降低反应速率得到提高。Mn2+对腐殖酸与Cr（Ⅵ）之间的氧化还原反应并无明显影响。光照下腐殖酸还原Cr（Ⅵ）的速率比无光照情况下要大一些,而光照条件下,外加的Fe3+对腐殖酸还原六价铬的反应影响不显著。

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摘要

ABSTRACT

第一章文献综述

1.1 铬污染的产生及危害

1.1.1 铬的性质及用途

1.1.2 铬污染的产生、铬及其化合物的生态效应

1.2 土壤中铬行为的研究进展

1.2.1 土壤中铬的不同形态的研究

1.2.2 土壤、矿物对六价铬的吸附

1.2.3 土壤腐殖质还原六价铬的研究进展

1.2.4 小分子有机酸还原六价铬的研究进展

1.3 光化学还原六价铬的研究进展

1.4 黄棕壤、黑钙土两种土壤以及高岭石、蒙脱石介绍

第二章引言

第三章试验材料、研究内容与方法

3.1 试验材料

3.1.1 仪器与试剂

3.1.2 试验所需溶液配制与矿物制备

3.1.3 腐殖酸的提取

3.2 研究内容与方法

3.2.1 Cr（Ⅵ）的分析方法

3.2.2 矿物及腐殖酸基本性质测定

2+对有机酸还原六价铬的影响'>3.2.3 矿物表面吸附态的Mn²⁺对有机酸还原六价铬的影响

3+对有机酸还原六价铬的影响'>3.2.4 光照下矿物表面吸附态的Fe³⁺对有机酸还原六价铬的影响

2+和Fe³⁺对土壤腐殖酸还原六价铬的影响'>3.2.5 Mn²⁺和Fe³⁺对土壤腐殖酸还原六价铬的影响

第四章结果与讨论

4.1 测定Cr（Ⅵ）的标准曲线

4.2 矿物及腐殖酸基本性质

2+对有机酸还原六价铬的影响'>4.3 矿物表面吸附态的Mn²⁺对有机酸还原六价铬的影响

2+对有机酸还原六价铬速率的作用'>4.3.1 高岭石表面吸附态Mn²⁺对有机酸还原六价铬速率的作用

2+饱和高岭石浓度、反应温度以及pH对草酸和柠檬酸还原六价铬的影响'>4.3.2 Mn²⁺饱和高岭石浓度、反应温度以及pH对草酸和柠檬酸还原六价铬的影响

2+对有机酸还原六价铬速率的作用'>4.3.3 蒙脱石表面吸附态Mn²⁺对有机酸还原六价铬速率的作用

3+对有机酸还原六价铬的影响'>4.4 矿物表面吸附态的Fe³⁺对有机酸还原六价铬的影响

3+对有机酸还原六价铬速率的作用'>4.4.1 光照下醋酸缓冲体系以及高岭石表面吸附态Fe₃₊对有机酸还原六价铬速率的作用

3+饱和高岭石浓度、pH、草酸浓度以及不同光照对草酸还原六价铬的影响'>4.4.2 Fe³⁺饱和高岭石浓度、pH、草酸浓度以及不同光照对草酸还原六价铬的影响

3+对草酸、柠檬酸和酒石酸在光照条件下还原六价铬速率的影响'>4.4.3 蒙脱石表面吸附态的Fe³⁺对草酸、柠檬酸和酒石酸在光照条件下还原六价铬速率的影响

2+和Fe³⁺对土壤腐殖酸还原六价铬的影响'>4.5 Mn²⁺和Fe³⁺对土壤腐殖酸还原六价铬的影响

2+对黑土腐殖酸还原六价铬的影响'>4.5.1 Mn²⁺对黑土腐殖酸还原六价铬的影响

3+对土壤腐殖酸还原六价铬的影响'>4.5.2 Fe³⁺对土壤腐殖酸还原六价铬的影响

4.5.3 两种土壤腐殖酸对六价铬还原作用的比较

第五章主要结论、创新点和展望

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

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