零价铁(Fe0)具有中等还原性,可通过还原反应或通过铁腐蚀产物的吸附和共沉淀过程去除水中重金属.但由于铁表面易钝化,导致铁腐蚀反应难以持续,这是限制Fe0应用的关键.因此,本研究通过原位制备零价铁复合体系(Fe0/Fe3O4),并采用批处理和连续流的流化床反应器考察了该复合体系同时去除水中Zn2+、Ni2+和Cr(Ⅵ)的效果.XRD和SEM的结果表明,预处理可以在Fe0表面形成一层晶型完好的Fe3O4.相比Fe0,Fe0/Fe3O4体系可显著促进Zn2+、Ni2+和Cr(Ⅵ)的去除.在不同条件下,复合体系均能在几分钟内高效去除Cr(Ⅵ)(＞99％),Zn2+的去除率较好(65％～93％),但Ni2+的去除率较差(25％～77％).Fe0粒径越小、用量越多,重金属去除速率越快.在预处理制备复合体系时,Fe2+含量越高,残留的溶解性Fe2+也越高,由于竞争吸附作用,这会抑制Zn2+和Ni2+的吸附.当3种重金属共存时,少量(10mg·L-1)的Cr(Ⅵ)会明显促进Zn2+和Ni2+的去除;但过多的Cr(Ⅵ),其促进作用有所减弱.流化床反应器的结果也证明了Fe0/Fe3O4能有效地同时去除Zn2+、Ni2+和Cr(Ⅵ),三者的去除速率为Cr(Ⅵ)＞Zn2+＞Ni2+,与批处理结果一致.Fe0用量越大,处理效果越好.不同氧化剂作为预处理剂时,氧气(曝气)的效果最好,其次是重铬酸钾和硝酸钾.XPS结果表明,Cr(Ⅵ)可全部被还原为Cr(Ⅲ),Ni2+部分被还原为Ni0,部分以Ni(Ⅱ)的形式通过吸附或沉淀的方式被固定.本研究提出了一种有效解决Fe0表面钝化的方法,为Fe0用于水体重金属污染的修复方法提供参考.

零价铁;重金属;复合体系;流化床反应器;还原

姜维;杨芳俐;吴永红;陈冠忠;陈红凤;唐次来

三峡大学水利与环境学院,宜昌443002;三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心,宜昌443002;中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室,南京210008

环境工程学报

[1]姜维;杨芳俐;吴永红;陈冠忠;陈红凤;唐次来-.Fe0/Fe3O4复合材料同时去除水中多种重金属的效果)[J].环境工程学报,2022(04):1186-1198

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