不同粒径的零价铁对重金属降解的影响

不同粒径的零价铁对重金属降解的影响【摘要】本实验利用不同粒径的零价铁对典型的重金属铬和非典型的重金属铼进行了降解实验，结果表明零价铁在对重金属粒子的降解中具有很好的效果，但不同粒径的零价铁降解效果不同，小粒径的零价铁效果更加明显，原因是零价铁粒径越小，其相对比表面积越高，从而反应活性越高。

【关键词】零价铁；铬；铼；降解

前言

随着经济的快速发展，工业生产过程中产生的各种污染物急剧增加，尤其是重金属带来的各种环境问题日益突出。土壤和地下水修复技术是目前环境领域研究的一个热点问题。目前，重金属废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，震惊世界的日本“水俣病”和“痛疼病”就是分别含汞废水和含镉废水污染环境所造成。重金属不能被生物降解为无害物，当含重金属废水进入水体后，除部分被水生物、鱼类吸收外，其余大部分易被水中各种有机、无机胶体及微粒物质吸附，经聚集沉降沉积于水体底部，通过渗透等作用进入土壤中，因此水体和土壤一旦被重金属污染后，危害的持续较长。因此，如何解决水体和土壤中的重金属污染，已逐渐成为世人关注的焦点。

本实验选用重金属铼和铬进行实验。铼元素为稀有元素，在自然界中通常伴随着其他元素而存在，对于人体几乎不产生有害作用。而对于铬元素来说，铬是自然界中普遍存在的重金属元素，被

广泛应用于钢铁、冶炼、电镀、制革、印染、造纸、纺织、制药等行业中。而六价铬危害是非常大的，它是地下水、土壤和底泥中第二大危害重金属。因其有强氧化作用，食用含铬过高的植物和粮食，人类和家畜的健康将受到不同程度的危害，甚至会导致癌症。本实验通过典型的重金属铬和非典型的重金属铼在不同零价铁的作用

下对其去除效果进行探讨，讨论在环境保护中不同粒径的零价铁对受污染土壤及地下水中的重金属降解影响。

1、实验材料及仪器

cpa225d型电子分析天平；phb-1精密ph计；hitachi cf16rx ⅱ高速离心机；sp-756紫外可见分光光度计。

高铼酸钾：优级纯；重铬酸钾：优级纯。七价铼的测定：紫外分光光度法；六价铬的测定：二苯碳酰二肼分光光度法。实验中所用的其它试剂均为分析纯。

2、实验方法

零价铁的用量：利用硼氢化钠和七水硫酸铁制备零价纳米铁，制备所得的零价纳米铁的粒径约80纳米，普通铁粉的粒径约为150μm。

通过计算可以得知纳米铁达到80nm级别时，比表面积大约为9.5m2/g，而普通铁粉，由公式as0=as/m可以求得比表面积大约为2.53×10-3 m2/g。纳米铁粉比普通铁粉比表面积相差了104 的数量级，通过以下实验比较纳米铁和普通铁粉的区别。

在初始浓度为10 mg/l、ph 为7的高铼酸根溶液中投加过量的

纳米铁和普通铁粉，考查不同粒径的零价铁对重金属铼和铬的降解影响。

3、实验结果

3.1 不同粒径的零价铁对铼的降解影响

将0.08g 80纳米的零价铁和150微米的零价铁投加到10mg/l 的铼溶液中，考察不同粒径的零价铁对铼的降解影响。

由实验可知，零价纳米铁（粒径约80纳米）处理铼的去除率高于普通铁粉（粒径约150微米），比表面积每增加10 倍，去除率增加0.59 %。反应12 小时，纳米铁和普通铁粉的去除率分别达到98.38 %和27.87 %。

3.2 不同粒径的零价铁对铬的降解影响

将0.08g 80纳米的零价铁和150微米的零价铁投加到10mg/l 的铬溶液中，考察不同粒径的零价铁对铬的降解影响。

由实验可知，零价纳米铁（粒径约80纳米）处理铬的去除率高于普通铁粉（粒径约150微米）。反应12 小时，纳米铁和普通铁粉的去除率分别达到98.27 %和97.47 %。

4、结论

研究发现，小粒径的零价铁对重金属去除效果较好，原因是随着纳米铁粒径的减小，纳米铁粒子的表面原子数与总原子数之比急剧增大，其表面原子数增多，表面原子配位数不足和高表面能，使这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，因此这些原子易与其它原子相结合而发生相互作用，因此粒径越小，反应越迅速。

对于典型的重金属粒子铬，在微米和纳米级别的零价铁都能很好的将其去除。对于非典型的重金属粒子铼，在微米级别的零价铁其去除效果没有纳米级别的好。

在我国，土壤和地下水环境污染问题已不可忽视，因为土壤及地下水中污染点较分散，不易治理，但随着科技技术的不断发展和完善，零价铁技术的开发和应用必将给我国的环保处理技术带来新的希望。

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作者简介：

马利平（1963.5-），河北定县人，承德钢铁集团有限公司工程师。