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随着工业化发展,重金属污染问题日趋严重。铬是常见的重金属物,其中六价铬(Cr(Ⅵ))具有致畸、致癌和致突变性,对人类健康和环境影响巨大。因此,含铬废水的处理对水环境安全有着至关重要的作用。纳米零价铁(nZVI),具有与重金属反应活性高,制备工艺简单和易回收等特点,被认为是一种高效的重金属去除技术。但因强磁性与还原性,nZVI仍存在易氧化、团聚等致命缺陷。针对这些问题,本文采用钙氨基粘土(CaAC)作为稳定剂对nZVI进行改性,用液相还原法,制备钙氨基粘土改性纳米零价铁(CaAC-nZVI)复合材料,用于去除废水中Cr(Ⅵ)。主要研究成果如下:(1)CaAC-nZVI的制备比例优化及材料表征:以钙氨基粘土(CaAC)作为稳定剂,在氮气保护的情况下,通过液相还原法,成功制备了钙氨基粘土改性纳米零价铁复合材料(CaAC-nZVI)。实验结果表明,CaAC-nZVI的最佳质量配比为0.15:1。在此质量配比下,在初始Cr(Ⅵ)溶液体积100 mL、浓度20 mg L-1、T=25℃、pH=5、CaAC-nZVI 投加量为 0.200 g L-1 时,CaAC-nZVI 去除 Cr(Ⅵ)的效果最佳。反应45 min后,CaAC-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除率达到100%,远高于未改性的nZVI对Cr(Ⅵ)的去除效率(77.0%)。通过FTIR、XRD、TEM及沉降曲线分析表明CaAC成功改性nZVI。通过沉降曲线和TEM也可以发现,CaAC-nZVI与未改性的nZVI相比,改性后的复合材料具有更好的分散性及稳定性。(2)工艺条件优化及共存离子影响考察:在初始Cr(Ⅵ)溶液体积100 mL、浓度 20 mg L-1、T=25℃、pH=5、CaAC-nZVI 投加量为 0.200 g L-1、材料预处理时间为4 h的条件下,CaAC-nZVI去除Cr(Ⅵ)效率为100%;共存离子Cu2+、Ni2+可被nZVI还原为零价,在溶液中与Fe(0)形成原电池,提高电子的转移速率,从而提高CaAC-nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的性能。SO42_对于CaAC-nZVI去除Cr(Ⅵ)几乎没有影响。而PO43-由于与在液相中以阴离子形式存在的Cr(Ⅵ)存在竞争吸附作用,占据CaAC-nZVI表面的活性位点,从而对CaAC-nZVI去除Cr(Ⅵ)存在抑制作用。(3)CaAC-nZVI去除Cr(Ⅵ)的动力学:基于动力学数据拟合,发现CaAC-nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)符合拟二级动力学,CaAC-nZVI的表观速率常数ks与吸附容量qe高于nZVI,表明CaAC-nZVI具有更高的反应活性。(4)结合表征分析及实验结果,CaAC-nZVI去除Cr(Ⅵ)的反应机理:首先,FeG与H+,H2O发生反应,生成Fe2+和Fe3+形成絮凝物Fe(OH)2和Fe(OH)3复合材料上CaAC的氨基易质子化形成带正电荷-NH3+,基于电荷吸引,将带负电荷的Cr(VID阴离子从溶液快速吸附至CaAC-nZVI材料表面;其次,Cr(Ⅵ)在CaAC-nZVI材料的磁性颗粒表面发生化学还原反应形成Cr(Ⅲ);最后,部分Cr(Ⅲ)与Fe(Ⅲ)生成Cr(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)共沉淀物吸附于CaAC-nZVI材料的磁性颗粒表面,另外一部分吸附于絮凝物Fe(OH)2和Fe(OH)3表面,从而将溶液中Cr(Ⅵ)去除。