[发明专利]用纳米材料促进铬矿沉积物中Cr(VI)还原的方法

说明书

技术领域

本发明涉及Cr(VI)污染物的处理方法，尤其是涉及一种利用纳米材料促进铬矿沉积物中Cr(VI)还原的方法。

背景技术

铬渣堆放是沉积物铬污染的一个重要来源，通常，每生产1吨金属铬大约会排放10吨铬渣，每生产1吨铬盐会排放2.5～3吨的高毒性铬渣(再生资源研究,2004,6,34-38)。铬渣中铬的迁移转化十分活跃，它可以在大气、水体、土壤沉积物和植物间迁移，对生态环境造成严重的污染。自然界中的铬主要以两种稳定的氧化态Cr(III)和Cr(VI)的形式存在(EnvironmentPollution,2000,107,263-283)。Cr(III)是铬的最稳定的形态，容易形成稳定的络合物，毒性小，而Cr(VI)的毒性是Cr(III)的100倍，可造成呼吸系统癌症(太原工业大学，1988，7，30-33)。铬污染物的毒性主要来自于Cr(VI)，因此，减少铬污染首先要减少Cr(VI)的污染。

Cr(VI)的还原方法有化学法(环境工程学报,2015,9,3077-3085)和微生物法(EnvironmentMicrobiology,2004,6,851-860)等方法。化学法的缺点为操作复杂，成本高，采用的试剂有毒，易产生二次污染等。公开号为CN105039726A的专利采用旋风炉高温解毒还原有毒铬渣虽能使铬渣得到回收利用，但设备费用高，操作较复杂。微生物法是依赖于细胞呼吸来将有机质等电子供体所提供电子传递给末端电子受体Cr(VI)使其还原的方法。生物法的反应条件温和，但反应速率较慢。经过研究发现，纳米颗粒能够促进重金属离子的还原能力。王远鹏等报道了经过纳米Fe₂O₃颗粒或者纳米Fe₃O₄颗粒处理后，沉积物中砷的还原速率得到极大的提升(EnvironmentalScience&Techonology,2014,48,7469–7476)。

发明内容

本发明的目的是提供一种用纳米材料促进铬矿沉积物中Cr(VI)还原的方法。

本发明包括以下步骤：

1)用蒸馏水使铬渣堆周边污染的铬矿沉积物分散，溶出Cr(VI)，再加入纳米颗粒；

2)对各样品进行厌氧处理；

3)反应器静止放置在恒温箱中；

4)在不同时间点取样，测试样品中Cr(VI)浓度，待Cr(VI)浓度为0时，取出反应器，即完成铬矿沉积物中Cr(VI)还原。

在步骤1)中，所述铬渣堆周边污染的铬矿沉积物可取自云南曲靖铬渣堆周边污染的铬矿沉积物；所述蒸馏水、铬矿沉积物和纳米颗粒的配比可为24ml∶(19～21)g∶0.2g，其中，蒸馏水以体积计算，铬矿沉积物和纳米颗粒以质量计算；所述溶出Cr(VI)的质量浓度可为286～356mg/L；所述纳米颗粒可选自纳米SiO₂颗粒、纳米Fe₂O₃颗粒、纳米Fe₃O₄颗粒等中的一种；所述纳米颗粒的粒度可为100nm。

在步骤2)中，所述厌氧处理中用于除氧的气体可为N₂和CO₂混合气，按体积百分比N₂∶CO₂＝80％∶20％，曝气时间可为40min。

在步骤3)中，恒温箱的温度可为30℃，所述放置的时间可为20.5～25.5天。

本发明操作简单，先用蒸馏水使铬矿沉积物完全分散，再加入纳米颗粒，摇匀后采用N₂与CO₂的混合气对样品进行除氧，然后将样品放置于恒温箱中，使铬矿沉积物中Cr(VI)被还原。本发明分析了不同时间点样品中Cr(VI)浓度，结果表明添加纳米颗粒明显促进了铬矿沉积物中Cr(VI)的还原。

本发明公开了一种利用纳米颗粒促进铬矿沉积物中Cr(VI)的方法。该方法是向普通含铬沉积物中添加纳米SiO₂颗粒或纳米Fe₂O₃颗粒或纳米Fe₃O₄颗粒中的一种，并设置对照组对上述纳米颗粒促进铬矿沉积物中Cr(VI)还原进行验证。相对于单纯的化学还原法，该方法实验条件要求低，实验试剂无毒易得，具有环境友好性。另外，经过纳米颗粒处理后，铬矿沉积物中Cr(VI)的还原速率与还原程度高，为处理铬矿沉积物中Cr(VI)污染物提供了一种新颖、可行的方法。