制備斜發沸石和零價鐵復合材料處理水中的六價鉻污染

摘要：
為了更好地降低我國地下水中六價鉻污染給公眾的健康帶來的危害,本研究以滲透反應墻為處理地下水六價鉻污染的主要方法,沸石和零價鐵為反應材料,結合沸石雖價格低廉,但經長時間運行后吸附的六價鉻有可能發生解吸,零價鐵雖能完全去除六價鉻但成本很高的特點,研發出了斜發沸石和零價鐵的復合材料,以作為滲透反應墻的填充材料.研發主要分三個步驟:1)遴選出吸附效果較好的斜發沸石；2)確定最優表面活性劑及最優施用濃度；3)確定沸石與零價鐵的復合工藝方法.最終方案為斜發沸石、六烷基三甲基溴化銨、還原鐵粉、斜發沸石粉和超純水按比例均勻混合后加熱至90℃.由此制得的復合材料,具有良好的反應性能和便于裝填的形狀,生產成本也比較低廉,可以作為修復六價鉻污染的反應墻填充材料.

正文：

據報道,我國每年受到六價鉻污染影響的城市居民和農村居民有數百萬之多[1].與六價鉻接觸皮膚會產生皮炎和濕疹,長期接觸會導致皮膚壞死.攝入少量六價鉻會引起胃炎、胃潰瘍等癥狀,攝入大量的六價鉻甚至會導致死亡[2].國內外地下水六價鉻污染修復工程中,滲透反應(PRB)這一方法采用得最多[3-4].PRB 一般安裝在地下蓄水層,垂直于地下水流向,隨著污染地下水流經此反應介質,通過吸附、沉淀、氧化還原、生物降解等機理,使污染物濃度降低[5].由于其操作簡易、不需要耗能、成本低等優點,已逐步取代早年使用的抽出-處理法,成為應用最廣泛的方法[6-7].

PRB 修復地下水六價鉻污染的工作原理主要分為兩類:第一類,利用吸附材料吸附六價鉻,常見的吸附材料有沸石、活性炭等[8-9];第二類,利用氧化還原反應降解六價鉻,常見的還原材料為零價鐵.零價鐵作為PRB 填充材料可以有效地將地下水中的六價鉻還原為毒性較低的三價鉻,達到去除六價鉻污染的目的[10],并且此方法已開始在國內得到實際應用[11].但這兩種方法都存在著一定缺點:前者在長時間地下水流的作用下六價鉻會被解吸[12],因此長時間運行后治理效果無法保證;后者的缺點在于還原材料零價鐵的成本較高.

沸石自身特殊的晶體化學結構使其擁有離子交換、高效選擇性吸附、催化等優異性能,因此成為廣泛關注的吸附材料[13].而利用表面活性劑對其表面進行改性后,可以進一步提高沸石的吸附能力,進而增強其治理六價鉻水污染的效果[14-16].加之沸石的價格低廉,非常適合于進行工程應用和大規模的場地實驗.另一方面,零價鐵能還原高價態的金屬離子(如As(V)、Cr(Ⅵ))以及一些生物難降解的有機污染物如鹵代烴、硝基苯類等.而且零價鐵腐蝕過程中產生的氫氣,是氫自養細菌的能量來源,可以促進氫自養細菌的繁殖,從而加快污染物的降解[17-18].本研究以這兩點為基礎,遴選出最佳的沸石類型、最優表面活性劑及其施用濃度和反應性能優良的鐵材料,探尋最優的混合成型方法,將沸石、改性劑、鐵材料三者有效結合,制成低成本、高修復效率的PRB 填充復合材料.