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黄土是—种天然岩矿材料,它拥有良好的环境属性且富含碳酸盐和黏士矿物,表面偏碱性,矿物颗粒之间为镶嵌接触并具有大量的有架空孔隙及不规划管状微孔隙,这些性质决定了它在环境污染治理中的重要位置。而铬是重金属中典型的污染物,Cr(VI)毒性很强,是公认的致癌物;水环境中的Cr(Ⅲ)寸浮游生物,水生生物和鱼类有很强的毒性;且铬的氧化还原性活拨,水中迁移能力强,能对人类产生极大危害。本文拟通过实验研究,揭示黄土除铬机理,建立黄土除铬模型,为实现黄土对水环境中铬离子的高效、简便、廉价治理打下坚实基础,而且还将进—步丰富黄土的研究内容,具有重要的理论与实际意义。
本文在充分吸收前人已有研究成果基础上,完善了黄土除铬的影响因素实验,获取黄土除铬的最佳条件:开展了黄土及黄土去碳酸盐的除铬对比实验,进—步揭示了黄土中碳酸盐在除铬中的作用:开展了黄土的改性实验,提出了铁粉和植物叶茎为改性剂的有效改性途径;开展了黄土除铬的土柱吸附与淋滤解吸(蒸馏水、稀盐酸)实验与水文地球化学模拟,建立了黄土除铬模型,揭示了铬在黄土中的迁移规律、解吸规律。进—步深化和完善了黄土除铬的理论和应用研究。
本研究取得的主要进展有如下几点:
1、黄土除铬的平衡时间为120min,最佳pH值和固液比分别为7-8和1:50(gml),而黄土的粒径与体系温度几乎不影响黄土对铬的去除效果,在酸性条件下黄土对铬的去除以吸附为主,碱性条件下黄土对铬的去除以沉淀为主,同时还得到了黄土对三价铬的单位最大去除量为60.9mg/g。
2、黄土除铬的过程中,石英长石等硅盐矿物基本无变化,方解石几乎完全水解消失,反应后出现的铁与铬呈正相关关系;反应后铬在黄土中主要以碳酸盐结合态和铁锰化物结合态为主,各占45%左右。
3、黄土对铬的去除作用主要以方解石水解所引起的铬沉淀共沉淀反应和铁锰氧化物对铬的表面络合反应为主,辅以硅酸盐矿物对铬的阳离子交换作用。在整个过程中方解石起主导作用,它不仅直接导致铬的沉淀与共况淀作用,还能通过水解反应改变体系的pH值,间接影响各种其他作用。
4、实验表明往黄土中添加少量铁粉和植物叶径都能够极大的提高黄士对Cr(VI)的去除效率。
5、Cr(Ⅲ)在黄土土柱中的迁移规律如下:0-500min之内,迁移量很小,绝大部分Cr(Ⅲ)都滞留于土柱,500min之后,Cr(Ⅲ)的单位时间迁移量逐渐上升,递增速度为0.2mg/min2,在2532 min时,Cr(Ⅲ)在黄土中的迁移能力达到最大值即等于3.87mg/min。
6、蒸馏水淋滤实验证明黄土除铬后以溶液形态存在的Cr(Ⅲ)量极少,而稀盐酸淋滤实验显示稀盐酸能够平稳持续的解吸出黄土中沉淀与共沉淀态的Cr(Ⅲ)。
7、在土柱实验过程中随着矿物溶解和各类去除反应的进行,体系的pH值、电导率以及渗出液中阳离子的变化规律如下:pH的变化从6.9开始到3.9结束,两端变化较缓,中间变化较快。电导率在600min达到峰值,随后开始下降在1050min处达到相对平衡,最后逐渐趋近初始溶液的电导率值。在渗出液中,浓度最大的为Ca,说明方解石的水解程度大于其他矿物,其次为Mg,其主要来源为矿物水解和阳离子交换,再次为Na,其含量在4000min时达到峰值,其他矿物浓度较低变化也比较平稳。
8、土柱实验的吸附动力学拟合结果表明:黄土对铬的去除过程不是—个可逆的—级动力学反应,而更为复杂,现有数据的拟合结果更为符合抛物线散方程模式。
9、建立了黄土除铬模型,能够很好的描述黄士对浓度在100mg/L以下的Cr(Ⅲ)溶液的去除过程。