受电镀、印染、制革以及有色金属冶炼等工业活动废水、废渣不当处理的影响,铬(Cr)已成农田土壤常见重金属污染元素。在土壤中,Cr主要以+6和+3两种价态存在。研究已证实,六价态铬(Cr(VI))既具有很强的生物毒性,又容易淋溶-迁移,而三价态铬(Cr(III))的生物毒性相对较小,且易发生沉淀反应而被钝化。因此,将六价铬还原为三价铬是控制土壤铬污染风险的主要思路。Cr(VI)在土壤中可发生化学还原和光催化还原,但长期以来有关土壤固-液界面上述两类反应的微观机理一直未得到明确。此外,随着工业纳米材料的广泛应用,有相当数量碳纳米材料可能被释放到土壤,它们将如何影响六价铬的还原过程也有待阐明。因此,本文系统研究了六价铬在针铁矿、碳纳米管、石墨烯等三种模式材料与水或低分子量有机酸(酒石酸、柠檬酸)所组成的固-液体系中的还原过程,考察了pH、时间、反应物浓度等因素的影响,并借助XPS、FTIR等表面分析技术揭示了相关反应机理。主要研究结果如下:1、针铁矿对酒石酸的吸附量随pH增大而减小,这主要是随着pH升高针铁矿表面负电荷数量增加,对六价铬阴离子的静电斥力增强。针铁矿表面对酒石酸和Cr(VI)的吸附速率在反应初始阶段较为迅速,之后逐渐减缓直至达到平衡,且动力学数据可用假二级反应动力学模型拟合。FTIR分析发现,针铁矿表面对酒石酸的吸附机理是以形成单齿或双齿表面络合物为主。针铁矿表面可催化酒石酸还原Cr(VI),但具体反应机理与酒石酸的初始浓度有关。当酒石酸与Cr(VI)的初始浓度之比为10:1时,Cr(VI)的吸附被完全抑制,在该条件下,Cr(VI)主要被表面吸附态酒石酸还原。当酒石酸与Cr(VI)的初始浓度比为1:1时,针铁矿表面相邻吸附态酒石酸和Cr(VI)可直接发生电子传递作用,或针铁矿作为导体,将电子传递至表面吸附态Cr(VI)。此外,针铁矿表面溶解所释放的三价铁离子对酒石酸还原Cr(VI)的催化作用可忽略。2、就所研究的羧基化碳纳米管(MWCNT-COOH)和羟基化碳纳米管(MWCNT-OH)而言,前者对Cr(VI)的吸附能力高于后者,且随着pH降低,这种差异更为明显。低pH条件有利于上述两种MWCNTs对Cr(VI)的吸附。纯溶液体系柠檬酸对Cr(VI)还原速率极其缓慢,但当碳纳米管存在时,Cr(VI)的还原速率显著加快,其主要原因是柠檬酸被吸附到MWCNTs表面后,还原活性增强。同时,模拟实验进一步发现,当土壤中存在MWCNT-COOH和MWCNT-OH时,柠檬酸还原Cr(VI)的速率也显著增加,而且溶液中所生成的三价铬部分可被再吸附到固相表面。3、无光照条件下,低pH条件有利于石墨烯表面对Cr(VI)的吸附。随着pH增加,石墨烯表面所带负电荷数量增多,因而对Cr(VI)的静电排斥作用增强,使得Cr(VI)的吸附量减少。紫外光照射可催化石墨烯表面还原Cr(VI),在低pH下,这种还原作用更强。其内在机理是,石墨烯吸收紫外光后,电子(e~-)可从价带跃迁到导带,且在价带形成空穴(h~+)。导带电子可被表面吸附态Cr(VI)所捕获,并将后者还原为三价铬。上述机理可被EDTA的影响和四氯酚降解实验所证实:其一,EDTA存在将促进这种光催化反应,因为EDTA可捕获价带空穴;其二,石墨烯也可光氧化四氯酚,并直接说明了空穴的存在。当石墨烯被引入到砖红壤后,在紫外光照射下,所添加的六价铬也将被还原三价铬。上述结果不但进一步增强了人们对固-液界面六价铬还原机理的认识,而且正面回应了碳纳米材料释放到土壤环境后可促进Cr(VI)向Cr(III)转化,为建立相关土壤六价铬污染治理方法提供了理论证据。