濟源礦山污水處理設備生產
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人氣：1694 發布時間：2018-08-31 17:21 關鍵詞：濟源礦山污水處理價格 濟源礦山污水處理廠家 濟源礦山污水處理方案 產品型號：lytt 應用領域：水處理 產品價格：69800 想了解更多產品詳情，請 |
銅(Cu)與鉻(Cr)是礦區河流與農田環境中廣泛存在的有毒重金屬.在水環境中,Cr(Ⅵ)與Cr(Ⅲ)是Cr常見的兩種價態LYHLYHwefa,而Cr(Ⅵ)具有更大的溶解性、遷移性與毒性,對動植物的危害更大(Dhaletal.,2013;Hsuetal.,2009),Cu主要以Cu(Ⅱ)的價態存在.有研究報道,在廣東省韶關市大寶山礦區,上游河流沉積物中Cr含量達到147.86mg·kg-1,Cu達到530.00mg·kg-1(陳梅芹,2015);鄒曉錦等(2008)的調查發現大寶山礦區(上壩村)受污染土壤中Cu的含量為378.2~3440.3mg·kg-1,是國家土壤環境質量二級標準(GB15618—1995)的11.7倍.
施氏礦物是一種普遍存在于酸性礦山廢水(AMD,acidminedrainage)中的鐵羥基硫酸鹽礦物,其典型的化學式是Fe8O8(OH)8-2x(SO4)x(1≤x≤1.75)(Bighametal.,1996;Regenspurgetal.,2004).施氏礦物具有與四方纖鐵礦(β-FeOOH)相似的晶體結構,由于SO42-取代了β-FeOOH隧道結構中的Cl-,導致其結構發生改變而形成弱晶型的施氏礦物結構(Bighametal.,1990;Fernandez-Martinezetal.,2010).在AMD條件下,“管狀隧道”結構中的SO42-能夠被與其離子半徑、所帶電荷相似,且與礦物結構中的Fe(Ⅲ)具有較強絡合能力的AsO43-、CrO42-和MoO42-等含氧陰離子取代(Wilkinsonetal.,1987;Dzombaketal.,1990;Anteloetal.,2012),同時,這些含氧陰離子能夠增強施氏礦物的穩定性(RegenspurgandPeiffer,2005).由于其特殊的“管狀隧道”結構,及較大的比表面積(100~200m2·g-1)(Jönssonetal.,2005),施氏礦物能夠廣泛吸附AMD環境中的有毒重金屬.除含氧陰離子外,施氏礦物對河流環境中的Cu2+、Zn2+和Cr3+等陽離子也具有較高的吸附容量,周順桂等(2007)和蘇貴珍等(2009)的實驗研究表明施氏礦物對Cu2+吸持率可達99.3%,吸附量可達84mg·g-1.有研究表明河流環境中的陽離子Cu2+能夠取代礦物結構中的Fe3+并生成含Cu施氏礦物,從而影響施氏礦物的穩定性并提高施氏礦物對As(Ⅴ)的吸附能力(Anteloetal.,2013).
施氏礦物對水體中的Cr和Cu等重金屬具有較強的吸附能力,對河流環境中重金屬污染表現出顯著的修復潛力.但隨著河流中環境條件的變化及時間的推移,施氏礦物可能會發生相轉變生成更穩定的針鐵礦、水鐵礦等礦物,并引起重金屬的釋放(Xieetal.,2018).Chen等(2015)的研究表明,在廣東韶關大寶山礦區,在pH2.8~5.8的河流環境中,隨著pH的升高,河流沉積物中的主要礦物由施氏礦物逐漸向針鐵礦轉變.Regenspurg和Peiffer(2005)研究了含Cr施氏礦物在不同pH條件下的相轉變,在一年時間內,礦物在pH=4的條件下幾乎沒有發生相轉變,而在pH=2時礦物中SO42-、CrO42-及Fe3+均發生了明顯的溶解釋放.本文主要是基于大寶山等綜合性多金屬礦區河流環境中多種重金屬離子共存的情況,研究含Cr施氏礦物在不同Cu(Ⅱ)濃度時礦物的相轉變及CrO42-的釋放,更進一步探索含重金屬施氏礦物在無機陽離子條件下的相轉變情況.
2材料與方法(Materialsandmethods)2.1實驗材料
實驗用鉻酸鉀(K2CrO4,>99.5%)、氫氧化鈉(NaOH,≥98%)、2-(N-嗎啡啉)乙磺酸(MES,C6H13NO4S·H2O,>99%)均購于阿拉丁試劑(上海)有限公司;鹽酸(HCl,36%~38%)、硝酸(HNO3,65%~68%)購于廣州化學試劑廠;無水硫酸鈉(Na2SO4,>99%)購于上海泰坦科技有限公司;氯化鐵(FeCl3·6H2O,>99%),硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O,>99.5%)購于天津市大茂試劑廠;實驗用透析袋截留分子量(MWCO)為8000~12000Da.
2.2樣品制備2.2.1含Cr施氏礦物的合成
含Cr施氏礦物的合成主要參照Bigham等(1990)及Regenspurg和Peiffer(2005)的方法,即將2L去離子水置于恒溫水浴鍋中加熱至60℃,加入10.8gFeCl3·6H2O(~40mmol·L-1Fe(Ⅲ))與3.0gNa2SO4(~10mmol·L-1SO4),再加入0.7768gK2CrO4(~2mmol·L-1CrO4)試劑,攪拌溶解得到2L母液,在60℃的水浴鍋中繼續加熱12min,然后冷卻至室溫;待母液冷卻,將其灌入透析袋中并以透析夾夾緊兩端,按母液:透析水=1:2的比例將透析袋放到水槽中透析,每天更換透析水直至透析袋外側水的離子強度EC<5μS·cm-1;持續時間為27d,將透析袋內的溶液收集,冷凍干燥并研磨過200目篩,得到含Cr施氏礦物.
2.2.2不同濃度的Cu(Ⅱ)溶液的制備
用預先配制好的1mol·L-1HNO3將去離子水pH調至pH~3.15左右,將Cu(NO3)2·3H2O溶于已調pH的去離子水中,配制成pH~3.10的0、0.1、1.0、10mmol·L-1的系列Cu(NO3)2溶液.根據Liu等(2015)的方法配制pH~5.2的緩沖溶液,同理,以該緩沖溶液為溶劑配制pH~5.10的0、0.1、1.0、10mmol·L-1的系列Cu(NO3)2溶液.
2.3礦物穩定性實驗
在一系列25mL的玻璃反應瓶中裝入0.03g含Cr施氏礦物,然后加入20mLpH~3.10或pH~5.10的Cu(NO3)2溶液,每個處理設置3個重復.得到的礦物懸浮液pH分別為pH=3.0±0.1及pH=5.0±0.1.將裝有含Cr施氏礦物懸浮液的玻璃反應瓶放入25℃、150r·min-1的恒溫搖床中振蕩.每隔一段時間定期取樣.將取出的玻璃反應瓶靜置2h,測定各溶液pH,用10mL注射器吸取上層清液經0.25μm微孔濾膜過濾,濾液置于4℃冰箱保存備用;礦物固體置于40℃烘箱烘干備用.
2.4分析方法與儀器
稱取0.05g初始合成的含Cr施氏礦物溶解于6mol·L-1HCl,消解12h后,稀釋礦物消解液.用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS,Agilent7900)測定礦物溶液中的Fe、Cr含量,用電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES,SPECTROARCOSMV)測定礦物中的S含量.礦物相轉變過程中Cu濃度的變化采用火焰原子吸收光譜儀(AAS,SHIMADZUAA-6880)測定,Cu(Ⅱ)的吸附量等于溶液初始Cu(Ⅱ)總含量與溶液中殘留的Cu(Ⅱ)含量之差;Fe(Ⅲ)、CrO42-的釋放量采用ICP-MS測定;SO42-的釋放量采用離子色譜(IC,DionexICS-90)測定.
取少許初始合成的含Cr施氏礦物進行X-射線衍射光譜(XRD)分析,使用Cu靶波長為λ=0.15418nm,加速電壓為40kV,加速電流為40mA,掃射角范圍為10°~80°,步長為0.02°·s-1.另外,取少許含Cr施氏礦物粉末進行傅里葉紅外光譜(FTIR,VERTEX70)分析礦物分子結構及官能團特征.同理,礦物相轉變產物的形態鑒定也采用上述方法.
3結果與討論(Resultsanddiscussion)3.1含Cr施氏礦物的合成與鑒定
化學合成含Cr施氏礦物的XRD譜圖如圖1所示,圖上出現26.3°、35.2°、39.5°、46.5°、55.3°和61.3°等6個標準施氏礦物特征峰,具有施氏礦物的結構特征,表明共沉淀的CrO42-并沒有改變施氏礦物的結構.含Cr施氏礦物FTIR譜圖如圖2所示.有研究表明,位于~1630cm-1是H—O—H或者—OH的伸縮振動特征峰,420cm-1和704cm-1處的峰是Fe—O伸縮振動特征峰(PaikarayandPeiffer,2010;Regenspurg,2002).礦物上SO42-分子的伸縮振動特征峰主要包括3部分,位于~610cm-1處的ν4(SO4)是SO42-分子內三重簡并面外彎曲振動的特征峰,Paikaray和Peiffer認為這個峰是對應施氏礦物隧道結構中的SO42-分子內振動;~985cm-1處是SO42-分子內對稱伸縮振動產生的ν1(SO4)特征峰;而在1050~1200cm-1范圍內,會形成SO42-分子內三重簡并反對稱伸縮振動寬峰ν3(SO4),分別是位于1130cm-1的尖銳峰和兩個位于1050cm-1和1195cm-1的肩峰(Regenspurg,2002;Boilyetal.,2010),而Paikaray和Peiffer認為ν1(SO4)和ν3(SO4)這兩個特征峰對應的是礦物外層的SO42-.從圖2可以看出,本研究與文獻中報道的施氏礦物特征峰一致.這也表明合成的含Cr施氏礦物具有典型施氏礦物的結構特征.
