硅藻土负载纳米铁材料对铬污染土壤修复机理研究开题报告

1. 研究目的与意义

所谓重金属污染,是指由重金属及其化合物引起的环境污染。近些年来，随着我国工业化进程的不断加快，工业污染尤其是重金属污染对环境造成了极大的破坏，引起了我国乃至全球的高度重视。我国铬盐生产企业普遍采用比较落后的钙焙烧工艺，生产过程中会产生大量的铬渣固体废弃物，一般每生产1t铬盐可产生3t左右的铬渣。这些铬渣含有0.5%—1%的六价铬，在雨水的冲刷和浸泡下，铬渣中的六价铬会逐渐溶出，并迁移到自然环境中，渗透到地表内主要以cro₄^2-、cr₂o₇^2-、hcro₄^-等阴离子的形式存在于土壤中，迁移速度极快，从而造成地下水污染^[1-3]，导致农作物被污染，最终通过食物链中的元素循环进入人体，而作为食物链顶端的人类在摄入被逐级富集的含有毒铬的水或食物后，会使毒铬在人体内积累，不易排出引起慢性中毒。研究表明六价铬的致癌部位主要在人体肺部^[4-5]。据报道近些年来，有关重金属污染导致人体中毒的卫生安全事件频发，让人们逐渐意识到了修复土壤中重金属污染的重要性。而六价铬被认为是对人体危害最大的8种化学物质之一，是国际公认的3种致癌金属化合物之一，同时也是美国epa公认的129种重点污染物之一。据《铬渣污染综合治理方案》(发改环资[2005]2113号)统计，自1958年以来生产和停产企业合计产渣量约为630万t，其中已利用渣量约为270万t,解毒堆存12万t，去向待查31万t，目前堆存铬渣量约为317万t。而2011年6月环保部公布的2010年中国环境状况公报显示，截至2010年底，全国累计处置铬渣超过300万t。根据以上统计数据，预计国内堆存的大部分铬渣已经被处理，然而，这些铬渣堆放过的大部分场地则可能已被严重污染^[6-7]。因此，如何治理这些被六价铬污染的土壤成为迫在眉睫的问题。

铬(chrome, cr)是地球上第七丰富的元素，地壳岩石中丰度排第二十一位^[8]。它也是人体必需的微量元素之，食物是人体摄入铬的主要来源。调查数据显示，一般人群从空气、水和食物中摄入的总铬量为70—105μg.d^-1,其中通过食物摄入的铬量占总摄入量的93—98%，通过饮用水摄入的铬量占总摄入量的1.9—7%，空气铬的贡献很小。当饮用水中铬的含量较高时，从饮水中摄入铬的比例会相应增加^[9-10]。

纳米铁是指在物理尺寸粒径大小在1-100nm之间的铁颗粒，nzvi和普通的铁粉相比，它具有粒径比较小，比表面积大，活性高等特点^[11]。目前，作为一种新的污染控制技术，将nzvi应用于土壤环境污染的治理已经成为研究的前沿热点^[12]。由于铁元素广泛存在于自然界，并且廉价容易获得，使得nzvi的制备成本变得很低，所以nzvi应用在修复重金属污染的技术得到众多研究学者的青睐^[23]。因此在最近的几年时间里,众多研究学者对nzvi材料的制备工艺与过程及其微观结构与性能表征等研究越来越受到人们的重视,并且也取得了许多新的进展^[24]。与传统的处理技术相比，nzvi具有明显的催化效果和较强的吸附功能，对无机物、重金属元素等污染物具有比较强的净化能力，因此被广泛用于处理铬污染治理之中。但是，在nzvi应用中仍然存在一些技术挑战，影响了这种材料在土壤修复中的应用。例如，nzvi的聚集限制了其分散性、耐久性和机械强度，并且nzvi的氧化会显著降低其反应性等等。为了解决这些问题，众多研究学者开始尝试研发黏土矿物材料，例如：高岭土、膨润土、蒙脱石、沸石、凹凸棒石等，通过负载减少nzvi的聚集并提高其分散性^[15-16]。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

1、绿色制备dia-nzvi

2、探究硅藻土负载的纳米零价铁在土壤中的吸附

3. 研究的方法与步骤

（一）、样品表征：

利用xrd、红外对合成材料的结构和组成进行表征。

（二）、硅藻土负载的纳米零价铁的合成：

4. 参考文献

[1]ouki s k, neufeld r d. cheminform abstract: use of activated carbon for therecovery of chromium from industrial wastewaters. journal of chemicaltechnology biotechnology, 2010, 70(1):3-8.

[2]zhao q, cao p, xu t, et al. evaluation of chromium pollution on soilsurrounding chromium-containing slag heap. applied mechanics materials,316-317:460-463.

[3]wolf b r e, morman s a, plumlee g s, et al. release of hexavalent chromium byash and soils in wildfire-impacted areas. geochimica et cosmochimica actasupplement, 2008, 72(12):93-97.

5. 计划与进度安排

1）2022-12-23~2022-03-28 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告，英文文献阅读及翻译、撰写前言；

2）2022-03-29~2022-04-15 采用绿茶茶叶合成纳米零价铁；

3）2022-04-16~2022-05-10 合成系列硅藻土负载纳米铁的复合材料、研究其对重金属铬的修复效果；