1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
铬是一种重要的工业原料,铬及其化合物越来越多的应用于冶金、油漆、制革、印染、电镀等领域[1]。铬是具有可变氧化数的重金属污染元素,主要以cr(iii)和cr(vi)两种形态存在于自然环境中,这两种形态的铬呈现出完全不同的物理性质和化学性质。cr(iii)有弱还原性,毒性小,并且极易被吸附于土壤矿物表面,从而导致cr(iii)迁移性小的特点。cr(vi)有强氧化性,在环境中的溶解性、迁移性大和高毒性。cr(vi)的毒性比cr(iii)要高100倍[2]。cr(vi)通常以含氧的阴离子或中性分子形态存在,所以不易被碱性物质沉淀和不易被土壤吸附固定(因土壤胶体带负电),具有溶解性和迁移性大的特点,可通过土壤-植物-食物或土壤-水两种途径进入人体,从而对人的呼吸系统、消化系统、皮肤等产生危害,严重时会产生致畸、致突变和致癌作用。所以,铬的毒性主要针对cr(vi)而言。
目前,对铬污染的治理方法主要有还原沉淀法、离子交换法、生物法和吸附法。还原沉淀法是目前应用较为广泛的除铬方法,基本原理是在酸性条件下向废水中加入还原剂,将cr(vi)还原成cr(iii),然后再加入石灰或氢氧化钠,使其在碱性条件下生成氢氧化铬沉淀,从而去除铬离子。夏涛等[3]曾采用feso4﹒7h2o、nahso3、fe屑等还原剂处理长沙铬盐场的含铬废水,处理后废水中的cr(vi)达到国家排放标准。离子交换法主要通过离子交换剂的活性交换基团与废水中的金属离子之间的交换反应去除金属离子。其优点是处理效果好,废水处理后可回收利用,缺点是整个工艺流程较为复杂,一次性投资大,运行费用高,且易受水体中其他离子的干扰。目前市场上常见的阴离子交换树脂种类主要有美国的amberlite200, 200cir-200和amberllteika-900;日本的diaionwa-10;英国的lewatitsp-200 , cnplewatitmp-64;法国的duolitelr-124等。关于运用树脂交换去除水体中cr(vi)的实例同样很丰富,如邓琼等[4]采用的共辐射接枝共聚、氯甲基化和胺化反应生成的阴离子交换纤维对cr(vi)的饱和吸附容量达到257.6mg/g。生物法去除污染物的机理主要包括静电吸附作用、酶的催化转化作用、络合作用、絮凝作用、包藏共沉淀作用等。该法因其投资小、运行费用低、无二次污染等优点,使得越来越多的研究人员将注意力从传统的化学物理方法转向该领域,并己取得了一系列的研究成果。吴乾著[5]用5株分离筛选出的功能菌处理镀铬废水,结果显示对cr(vi)和cr(iii)的净化率均达99.9以上。汪频[6]用硫酸盐还原菌进行了去除铬的试验,研究发现sriv菌耐受cr(vi)的最高浓度为1010-3mol/l,对铬的去除率可达99.8。吸附法一般以具有高比表面积、不溶性的固体材料为吸附剂,通过物理吸附和化学吸附等机制去除污染水体中的cr(vi)。据报道可用来吸附去除cr(vi)的材料有活性炭、褐煤、榛实壳、斑脱土[7]。总之相比其它方法,吸附法的优点是处理效率高、操作方便、成本低,技术可靠易操作;而缺点则是在废水处理时不仅要考虑到共存离子的竞争作用,还要注意体系ph值、环境温度变化及吸附剂投加量等对吸附的影响[8]。
近年来,国内外学者多次报道了对cu-y分子筛吸附脱硫[9]、cu-y分子筛吸附噻吩[10]的研究,以液相离子交换法制备cu(i)-y分子筛,用于固定床吸附噻吩,cu(i)-y分子筛对模拟汽油有较好的净化度,可以实现噻吩质量分数降至0,是较为优良的汽油脱硫吸附剂。然而对cu-y二元金属氧化物作为还原剂还原金属离子尚未进行过报道,因此,本实验具有一定的新颖性。目前cu-y二元金属氧化物的相关合成方法有液相原位反应法、内氧化法和粉末冶金法等,覃德清[11]等人通过共沉淀法成功合成出了co-y2o3复合粉,采用共沉淀法
2. 研究的基本内容和问题
研究目标
(1)合成性质稳定且对cr(vi)具有还原性的cu-y二元金属氧化物。
(2)研究不同条件下cu-y二元金属氧化物对cr(vi)还原效果的影响,确定最佳还原条件。
3. 研究的方法与方案
研究方法
(1)采用水热合成和共沉淀法制备cu-y二元金属氧化物。
(2)利用比表面测定(bet)、孔隙度、扫描电镜(sem)、傅里叶红外光谱(fir)、x射线光电子能谱分析(xps)等对cu-y二元金属氧化物进行表征并进行元素组成、等电点的测定。
4. 研究创新点
国内采用水热合成和共沉淀法两种方法合成Cu-Y二元金属氧化物尚未有报道,对Cu-Y二元金属氧化物作为还原剂还原金属离子鲜有研究,因此,本实验具有一定的新颖性。
5. 研究计划与进展
(1)2016.9~ 2016.12 查文献找资料,设计实验方案;
(2)2016.12 ~ 2017.4 进行实验,在实验中不断优化实验方法;
(3)2017.5 分析实验数据,得出结果并撰写毕业论文。
