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地下水是人类宝贵的物质资源，在人们生活和生产中起着难以替代的作用。随着我国工业经济的蓬勃发展，冶金、电镀、颜料等工业领域中产生了大量的含铬废水。这些含铬的废水通过渗透等方式进入地下水水体，对当地居民的饮用水健康造成了极大的威胁。近年来，纳米零价铁(NZVI)因其反应活性强、价格低廉等优点，已被研究人员应用于环境中Cr(Ⅵ)的去除。但纳米零价铁存在一定的局限性：(1)纳米零价铁颗粒极易产生团聚作用，造成比表面积减小，反应活性下降；(2)纳米零价铁易被氧化，被氧化后表面形成的致密氧化膜会阻碍纳米零价铁与污染物的进一步接触和反应。
针对纳米零价铁本身的局限性，本论文选择含吡啶基螯合树脂(M4195)作为载体，制备出负载型纳米铁铜双金属复合材料(M-Fe/Cu)和负载型纳米铁镍双金属复合材料(M-Fe/Ni)，采用场发射扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段对材料进行形态形貌分析，探究了复合材料去除Cr(Ⅵ)的反应动力学模型和作用机理；还考察了水质条件变化如初始Cr(Ⅵ)浓度、pH、共存离子和腐殖酸等对复合材料去除Cr(Ⅵ)的影响机制。本论文所得主要结论如下：
(1)添加第二金属铜和镍后，纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的反应活性得到显著的提升；当负载溶液中铜离子浓度为0.01mol/L、镍离子浓度为0.02mol/L时，制备出的M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3材料去除Cr(Ⅵ)的效率最高。TEM和SEM-EDX表征显示M4195树脂是一种性能良好的载体，纳米金属颗粒在树脂表面分散的十分均匀，M-Fe/Cu-2材料上纳米金属粒径大多在10~20nm，M-Fe/Ni-3材料上纳米金属粒径大多在20~30nm。XPS表征显示M-Fe/Cu-2材料的表面除了零价铁和零价铜外，还存在一些铁和铜的金属氧化物；M-Fe/Ni-3表面除了零价铁和铁氧化物外，只有Ni(Ⅱ)而未发现零价镍，这些可能是因为材料制备和送样检测过程中纳米金属颗粒已经被氧化。
(2)动力学拟合结果显示：M-Fe/Cu和M-Fe/Ni去除Cr(Ⅵ)的反应符合准一级动力学模型，添加第二金属铜和镍后能够显著地提高了反应的表观速率常数；准二级动力学模型也能够很好地对M-Fe/Cu和M-Fe/Ni去除Cr(Ⅵ)的反应过程进行拟合，这说明在复合材料去除Cr(Ⅵ)的过程中，化学吸附是控制吸附速率的主要途径。利用颗粒内扩散模型对M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3复合材料吸附Cr(Ⅵ)的过程进行拟合，结果表明复合材料吸附Cr(Ⅵ)的过程是Cr(Ⅵ)由复合材料的外表面向内表面迁移的过程；拟合图中三个吸附线段都没有经过原点，这说明M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3去除Cr(Ⅵ)的反应过程是一个复杂的过程，反应速率受到同时发生的多个扩散步骤联合控制。
(3)复合材料去除Cr(Ⅵ)的机理为：复合材料先将Cr(Ⅵ)吸附至表面，随后纳米零价铁在第二金属的催化下将已被吸附的Cr(VI)还原，生成Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)；纳米零价铁与液相接触后生成Fe(Ⅱ)和H2；上述反应生成的Fe(Ⅱ)和Cr(VI)继续反应生成Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)；溶液pH值升高后，Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)与氢氧根离子结合，生成Cr(OH)3、Fe(OH)3或Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅲ)共沉淀。
(4)水质条件对M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3去除Cr(Ⅵ)具有较大的影响：随着Cr(Ⅵ)初始浓度的升高，溶液初始pH值增大，两种复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率和表观速率常数不断下降；硝酸根、碳酸氢根和硫酸根等阴离子和腐殖酸的存在均会对反应产生抑制作用，并且抑制作用会随着浓度的升高而增强；Mg2+的促进作用会随Mg2+浓度升高而减弱；较低浓度的Ca2+可以在前期起到一定的促进作用，但当Ca2+浓度过高(达到300mg/L)时，促进作用就会转化为抑制作用。
针对纳米零价铁本身的局限性，本论文选择含吡啶基螯合树脂(M4195)作为载体，制备出负载型纳米铁铜双金属复合材料(M-Fe/Cu)和负载型纳米铁镍双金属复合材料(M-Fe/Ni)，采用场发射扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段对材料进行形态形貌分析，探究了复合材料去除Cr(Ⅵ)的反应动力学模型和作用机理；还考察了水质条件变化如初始Cr(Ⅵ)浓度、pH、共存离子和腐殖酸等对复合材料去除Cr(Ⅵ)的影响机制。本论文所得主要结论如下：
(1)添加第二金属铜和镍后，纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的反应活性得到显著的提升；当负载溶液中铜离子浓度为0.01mol/L、镍离子浓度为0.02mol/L时，制备出的M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3材料去除Cr(Ⅵ)的效率最高。TEM和SEM-EDX表征显示M4195树脂是一种性能良好的载体，纳米金属颗粒在树脂表面分散的十分均匀，M-Fe/Cu-2材料上纳米金属粒径大多在10~20nm，M-Fe/Ni-3材料上纳米金属粒径大多在20~30nm。XPS表征显示M-Fe/Cu-2材料的表面除了零价铁和零价铜外，还存在一些铁和铜的金属氧化物；M-Fe/Ni-3表面除了零价铁和铁氧化物外，只有Ni(Ⅱ)而未发现零价镍，这些可能是因为材料制备和送样检测过程中纳米金属颗粒已经被氧化。
(2)动力学拟合结果显示：M-Fe/Cu和M-Fe/Ni去除Cr(Ⅵ)的反应符合准一级动力学模型，添加第二金属铜和镍后能够显著地提高了反应的表观速率常数；准二级动力学模型也能够很好地对M-Fe/Cu和M-Fe/Ni去除Cr(Ⅵ)的反应过程进行拟合，这说明在复合材料去除Cr(Ⅵ)的过程中，化学吸附是控制吸附速率的主要途径。利用颗粒内扩散模型对M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3复合材料吸附Cr(Ⅵ)的过程进行拟合，结果表明复合材料吸附Cr(Ⅵ)的过程是Cr(Ⅵ)由复合材料的外表面向内表面迁移的过程；拟合图中三个吸附线段都没有经过原点，这说明M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3去除Cr(Ⅵ)的反应过程是一个复杂的过程，反应速率受到同时发生的多个扩散步骤联合控制。
(3)复合材料去除Cr(Ⅵ)的机理为：复合材料先将Cr(Ⅵ)吸附至表面，随后纳米零价铁在第二金属的催化下将已被吸附的Cr(VI)还原，生成Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)；纳米零价铁与液相接触后生成Fe(Ⅱ)和H2；上述反应生成的Fe(Ⅱ)和Cr(VI)继续反应生成Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)；溶液pH值升高后，Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)与氢氧根离子结合，生成Cr(OH)3、Fe(OH)3或Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅲ)共沉淀。
(4)水质条件对M-Fe/Cu-2和M-Fe/Ni-3去除Cr(Ⅵ)具有较大的影响：随着Cr(Ⅵ)初始浓度的升高，溶液初始pH值增大，两种复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率和表观速率常数不断下降；硝酸根、碳酸氢根和硫酸根等阴离子和腐殖酸的存在均会对反应产生抑制作用，并且抑制作用会随着浓度的升高而增强；Mg2+的促进作用会随Mg2+浓度升高而减弱；较低浓度的Ca2+可以在前期起到一定的促进作用，但当Ca2+浓度过高(达到300mg/L)时，促进作用就会转化为抑制作用。