強(qiáng)化動(dòng)態(tài)納米零價(jià)鐵復(fù)合流動(dòng)體系修復(fù)土壤六價(jià)鉻污染研究.pdf

1、土壤作是人類賴以生存發(fā)展的自然環(huán)境和物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著當(dāng)前工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及土壤污染具有潛伏性和累積性等特點(diǎn)，當(dāng)下土壤污染狀況更加嚴(yán)重并引起人們的廣泛關(guān)注。而具有強(qiáng)致癌致畸毒性Cr（VI）對(duì)土壤的污染更是不容忽視，所以對(duì)Cr（VI）污染土壤的有效修復(fù)方法更是目前研究的熱點(diǎn)。目前對(duì)Cr（VI）污染土壤的修復(fù)方法主要有微生物修復(fù)法、淋洗法、電修復(fù)法、固化穩(wěn)定法及還原法。化學(xué)還原法具有成本低，可大規(guī)模應(yīng)用，可進(jìn)行原位修復(fù)的特點(diǎn)，故本試驗(yàn)選擇了化

2、學(xué)還原法為土壤修復(fù)的方法。
　　本試驗(yàn)選擇的還原修復(fù)材料為具有優(yōu)良還原性質(zhì)的納米材料納米零價(jià)鐵（nZVI），盡管nZVI具有還原方面的優(yōu)勢(shì)，但其易團(tuán)聚、氧化等缺點(diǎn)會(huì)制約其特性的發(fā)揮，本文選擇無毒無害的環(huán)境友好型材料羧甲基纖維素鈉（CMC）作為穩(wěn)定劑，采用液相還原法制備出CMC-nZVI作為Cr（VI）污染土壤的還原修復(fù)劑。CMC的來源豐富，無毒易降解而且目前很多學(xué)者對(duì)其原料來源進(jìn)行改進(jìn)從而進(jìn)一步降低其成本，可以使土壤修復(fù)劑的成本降

3、低，更加有利于其推廣應(yīng)用。為了證明CMC對(duì)nZVI具有穩(wěn)定性的作用，本試驗(yàn)分別對(duì)CMC-nZVI和bare-nZVI進(jìn)行分散穩(wěn)定性試驗(yàn)并繪制吸收光譜，并對(duì)其分別進(jìn)行TEM和SEM表征。
　　本試驗(yàn)分為靜態(tài)試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)土柱試驗(yàn)，其中靜態(tài)試驗(yàn)流程為將污染土
　　壤和CMC-nZVI修復(fù)劑以1g:5ml的比例混合于離心管中，震蕩反應(yīng)一定時(shí)間后離心、過濾并測(cè)吸光度；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)在三種模式下進(jìn)行，這三種模式分別為“模式一”（簡(jiǎn)單連續(xù)流）、“

4、模式二”（間歇流）與“模式三”（循環(huán)流）。
　　本文以自制的模擬Cr（VI）污染土壤為試驗(yàn)土壤樣品，濃度為102mg Cr（VI）/kg土，通過對(duì)試驗(yàn)土壤樣品進(jìn)行XRD表征表明：負(fù)載在砂土和粘土上的鉻主要以Cr2O3形式存在。以自制的一定濃度的CMC-nZVI作為Cr（VI）污染土壤的修復(fù)劑分別進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)土柱試驗(yàn)，研究不同試驗(yàn)條件對(duì)土壤修復(fù)效果的影響，并通過反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究分析其反應(yīng)機(jī)理，得到以下結(jié)論：
　　（1）以C

5、MC為穩(wěn)定劑以化學(xué)還原法制備的CMC-nZVI膠體懸濁液作為Cr（Ⅵ）污染土壤的修復(fù)劑，通過分散穩(wěn)定穩(wěn)定性試驗(yàn)及對(duì)CMC-nZVI進(jìn)行TEM、SEM表征證明CMC確實(shí)能夠起到穩(wěn)定納米鐵顆粒防止其氧化團(tuán)聚的作用，并且只有添加CMC的nZVI顆粒的大小在100nm以下，起到納米材料的作用。通過對(duì)CMC-nZVI和bare-nZVI繪制吸收光譜可知CMC-nZVI的吸光度值比bare-nZVI的要大13倍左右，可知CMC能夠起到穩(wěn)定nZVI的

6、作用。
　?。?）靜態(tài)試驗(yàn)研究結(jié)果表明：土壤組分中粘土比例越高，對(duì)于土壤中Cr（Ⅵ）的去除更不利。同時(shí)CMC的投加量、CMC-nZVI投加量與pH值會(huì)對(duì)Cr（Ⅵ）去除效果產(chǎn)生影響。適當(dāng)增大CMC投加量可以增大Cr（Ⅵ）去除率，在適宜的CMC-nZVI的投加量范圍內(nèi)，隨著CMC-nZVI投加量的增大，Cr（Ⅵ）去除率增大，但過度投加會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)；偏酸性環(huán)境更有利于Cr（Ⅵ）的去除。得出最佳的反應(yīng)條件為：CMC與Fe0的摩爾比為0.

7、0186、CMC-nZVI投加量為1g/L、pH值為6。在這種條件下，污染土壤Cr(Ⅵ)濃度為102 mg Cr(Ⅵ)/kg土，CMC-nZVI對(duì)砂土和粘土污染土壤Cr(Ⅵ)除率分別為91.34％和85.91%。
　?。?）“模式一”復(fù)合流動(dòng)體系的動(dòng)態(tài)土柱試驗(yàn)結(jié)果表明：CMC-nZVI投加量、葡萄糖添加量、凹凸棒土填料使用情況、CMC-nZVI泵入流速會(huì)對(duì)Cr（Ⅵ）去除效果產(chǎn)生影響，在一定范圍內(nèi)增加CMC-nZVI濃度能較為明顯的

8、增大Cr（Ⅵ）去除率，土壤中添加葡萄糖不利于納米零價(jià)鐵對(duì)土壤中Cr（Ⅵ）修復(fù)作用；Cr（Ⅵ）去除率隨著流速的增加先增大后減小，凹凸棒土填料的添加可以增大Cr（Ⅵ）去除率。其最適的試驗(yàn)條件為：CMC-nZVI投加量為1g/L，葡萄糖添加量為0g/kg土，CMC-nZVI泵入流速為5ml/min，條件凹凸棒土填料。在此條件下，污染砂土濃度為102mg Cr（Ⅵ）/kg土，Cr（Ⅵ）去除率可達(dá)98.75%。
　?。?）在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)最佳的試

9、驗(yàn)條件下，進(jìn)行“模式二”動(dòng)態(tài)土柱試驗(yàn)，結(jié)果證明隨著間歇停留時(shí)間的增加，Cr（Ⅵ）去除效果出現(xiàn)波動(dòng)。
　?。?）在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)最佳的試驗(yàn)條件下，進(jìn)行“模式三”動(dòng)態(tài)土柱試驗(yàn)，結(jié)果證明循環(huán)時(shí)間為4h時(shí)Cr（Ⅵ）去除率的初始值及增加趨勢(shì)最快，初始去除率為42.68%，最終去除率為98.89%，在2h、1h、6h和8h時(shí)去除率由大到小變化，且在不同循環(huán)時(shí)間條件下，最終的去除率效果都較好。
　　對(duì)“模式三”與“模式一”動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比結(jié)

10、果可知，在0min~12min內(nèi)Cr（Ⅵ）“模式三”的去除率更大，其初始去除率為42.68%，且去除率大小增加的的更快。在12min~60min內(nèi)Cr（Ⅵ）去除率幾乎保持一致，且都具有較大的Cr（Ⅵ）去除率，在98%左右。
　　（6）CMC-nZVI對(duì)土壤Cr（Ⅵ）污染的修復(fù)可以和偽一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的擬合，kobs隨反應(yīng)條件的變化趨勢(shì)為：
　?。╝）kobs值與CMC-nZVI添加量之間有較好的線性關(guān)系，且kobs值與CM