制备斜发沸石和零价铁复合材料处理水中的六价铬污染

摘要：
为了更好地降低我国地下水中六价铬污染给公众的健康带来的危害,本研究以渗透反应墙为处理地下水六价铬污染的主要方法,沸石和零价铁为反应材料,结合沸石虽价格低廉,但经长时间运行后吸附的六价铬有可能发生解吸,零价铁虽能完全去除六价铬但成本很高的特点,研发出了斜发沸石和零价铁的复合材料,以作为渗透反应墙的填充材料.研发主要分三个步骤:1)遴选出吸附效果较好的斜发沸石；2)确定最优表面活性剂及最优施用浓度；3)确定沸石与零价铁的复合工艺方法.最终方案为斜发沸石、六烷基三甲基溴化铵、还原铁粉、斜发沸石粉和超纯水按比例均匀混合后加热至90℃.由此制得的复合材料,具有良好的反应性能和便于装填的形状,生产成本也比较低廉,可以作为修复六价铬污染的反应墙填充材料.

正文：

据报道,我国每年受到六价铬污染影响的城市居民和农村居民有数百万之多[1].与六价铬接触皮肤会产生皮炎和湿疹,长期接触会导致皮肤坏死.摄入少量六价铬会引起胃炎、胃溃疡等症状,摄入大量的六价铬甚至会导致死亡[2].国内外地下水六价铬污染修复工程中,渗透反应(PRB)这一方法采用得最多[3-4].PRB 一般安装在地下蓄水层,垂直于地下水流向,随着污染地下水流经此反应介质,通过吸附、沉淀、氧化还原、生物降解等机理,使污染物浓度降低[5].由于其操作简易、不需要耗能、成本低等优点,已逐步取代早年使用的抽出-处理法,成为应用最广泛的方法[6-7].

PRB 修复地下水六价铬污染的工作原理主要分为两类:第一类,利用吸附材料吸附六价铬,常见的吸附材料有沸石、活性炭等[8-9];第二类,利用氧化还原反应降解六价铬,常见的还原材料为零价铁.零价铁作为PRB 填充材料可以有效地将地下水中的六价铬还原为毒性较低的三价铬,达到去除六价铬污染的目的[10],并且此方法已开始在国内得到实际应用[11].但这两种方法都存在着一定缺点:前者在长时间地下水流的作用下六价铬会被解吸[12],因此长时间运行后治理效果无法保证;后者的缺点在于还原材料零价铁的成本较高.

沸石自身特殊的晶体化学结构使其拥有离子交换、高效选择性吸附、催化等优异性能,因此成为广泛关注的吸附材料[13].而利用表面活性剂对其表面进行改性后,可以进一步提高沸石的吸附能力,进而增强其治理六价铬水污染的效果[14-16].加之沸石的价格低廉,非常适合于进行工程应用和大规模的场地实验.另一方面,零价铁能还原高价态的金属离子(如As(V)、Cr(Ⅵ))以及一些生物难降解的有机污染物如卤代烃、硝基苯类等.而且零价铁腐蚀过程中产生的氢气,是氢自养细菌的能量来源,可以促进氢自养细菌的繁殖,从而加快污染物的降解[17-18].本研究以这两点为基础,遴选出最佳的沸石类型、最优表面活性剂及其施用浓度和反应性能优良的铁材料,探寻最优的混合成型方法,将沸石、改性剂、铁材料三者有效结合,制成低成本、高修复效率的PRB 填充复合材料.