施氏矿物对Na2S还原Cr（VI）的催化作用研究

论文摘要

重金属元素铬（Cr）在工业上有着广泛的应用,但同时Cr（Ⅵ）对人和动植物具有严重的危害,因此,如何控制和减少Cr（?Ⅵ）对环境的污染,受到环境化学研究者们的普遍关注。铬主要以六价铬和三价铬两种形态存在于自然环境中,其中Cr（Ⅵ）有强氧化性,在环境中的溶解性、迁移性大,具有高毒性；而Cr（Ⅲ）却具有迁移性小和低毒性的特性。所以,多数情况下对Cr（Ⅵ）的治理采用化学还原法,即将Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）。施氏矿物是广泛存在于矿山酸性废水中的一种次生矿物,其表面所含有的Fe（Ⅲ）能被S（-Ⅱ）有效的还原为Fe（Ⅱ）,而Fe（Ⅱ）又很容易将Cr(（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）,同时Fe（Ⅱ）自身又变为Fe（Ⅲ）,从而形成了Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）循环,有效的催化硫化物还原Cr（Ⅵ）。本文主要研究施氏矿物对硫化钠还原Cr（Ⅵ）的催化作用的反应机理及主要影响因素。主要研究结果如下：1.在避光和除氧封闭条件下,施氏矿物对Cr（ⅥI）具有很强的吸附作用,而NaH2PO4缓冲溶液能够有效的抑制施氏矿物对Cr（Ⅵ）的吸附；反应温度对施氏矿物吸附Cr（Ⅵ）的影响较小。2.在避光和除氧封闭条件下,通过批式实验研究了不同体系中Cr（Ⅵ）的还原；研究了温度、pH、反应物初始浓度和施氏矿物质量浓度四个因素对施氏矿物催化硫化钠还原Cr（Ⅵ）的影响,并对其作用机理进行了初步探讨；以及研究了施氏矿物中有效组成对Cr（Ⅵ）还原的贡献。结果表明：在硫化物和施氏矿物共同存在的体系中, Cr（Ⅵ）能被更快速、更有效地还原,而单独硫化物还原Cr（Ⅵ）的速率则要慢得多。温度、pH、反应物初始浓度和施氏矿物质量浓度对施氏矿物催化硫化物还原Cr（Ⅵ）的反应有显著影响。这是由于pH值影响体系内形态分布而使其对Cr（Ⅵ）的还原有很大的影响,溶液pH越低Cr（Ⅵ）还原速率越快。施氏矿物质量浓度升高也有利于Cr（Ⅵ）的还原。当硫化钠初始浓度过量时, Cr（Ⅵ）的还原速率随Cr（Ⅵ）初始浓度的增加而加快。而当Cr（Ⅵ）初始浓度一定时,Cr（Ⅵ）的还原反应速率随着硫化钠初始浓度的增加而显著提高。但是,在反应体系中加入邻菲罗啉和NaF后,由于和体系中的Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）生成了稳定的配位化合物,从而显著的降低了反应速率。在本研究中可能存在如下的反应机理：施氏矿物表面所含有的Fe（Ⅲ）能被S（-Ⅱ）还原为Fe（Ⅱ）,Fe（Ⅱ）再与Cr（Ⅵ）反应,将Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）,同时Fe（Ⅱ）又被硫化物还原为Fe（Ⅲ）,从而形成了Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）的循环催化体系。有研究表明,在相同条件下,Fe（Ⅱ）与Cr（Ⅵ）的反应速率远远大于硫化物与Cr（Ⅵ）的反应速率。因此,施氏矿物的存在显著加快了硫化物还原Cr（Ⅵ）的反应速率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 铬的性质用途、污染现状以及修复方法研究进展
• 1.1.1 铬的性质和用途
• 1.1.2 铬的存在形态和危害
• 1.1.3 铬污染的修复途径
• 1.2 施氏矿物简介
• 1.3 施氏矿物的制备
• 1.4 选题依据、目的和意义
• 参考文献
• 2S还原Cr（Ⅵ）的催化作用研究'>第二章 施氏矿物对Na₂S还原Cr（Ⅵ）的催化作用研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 试验所需溶液配制
• 2.2.3 实验准备
• 2.2.4 施氏矿物的制备与表征
• 2.3 研究内容与方法
• 2.3.1 Cr（Ⅵ）分析方法
• 2.3.2 pH值的校正与测量
• 2.3.3 不同pH条件下施氏矿物对Cr（Ⅵ）吸附作用的研究
• 2.3.4 施氏矿物催化硫化钠还原Cr（Ⅵ）的影响因素
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 测定Cr（Ⅵ）的标准曲线
• 2.4.2 不同体系、不同pH条件下施氏矿物对Cr（Ⅵ）吸附作用的研究
• 2.4.3 施氏矿物催化硫化钠还原Cr（Ⅵ）的影响因素
• 2.4.3.1 温度对反应的影响
• 2.4.3.2 pH对反应的影响
• 2.4.3.3 施氏矿物质量浓度对反应的影响
• 2.4.3.4 Cr（Ⅵ）初始浓度对反应的影响
• 2.4.3.5 硫化钠初始浓度对反应的影响
• 2.4.3.6 外加Fe（Ⅲ）对反应的影响
• 2.4.3.7 外加邻菲罗啉对反应的影响
• 2.4.3.8 外加氟化钠对反应的影响
• 参考文献
• 全文结论
• 创新之处
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录