FeⅢOH体系光化学还原水溶液中的CrⅥ.docxVIP

2l世纪可持续发展之环境保护(上卷)Fe(III)-OH体系光化学还原水溶液中的Cr(VI)张嚣吴峰邓南圣武汉大学，武汉市摘要Cr(v1)是一种常见的有毒重金属离子；本文韧步研究了Cr(Ⅵ)在Fe(1lI)一OH体 系中的光还原过程。Fe(111)化台物在高压汞灯(125W)的照射下能使CrrV1)还原。cr(VI)初始浓度在10～200¨mol／L时．还原率随初始浓度增大而降低。在pH=2．5～3O时Cr(VI)的还原效率较佳。Fe(I]1)化合物的初始浓度对反应也有明显的影响。关键词：Cr(VI)，光化学，坯原，Fe(111)壹、前言Cr(Ⅵ)是一种常见的有毒重金属离子，铬的主要污染源是大量使用铬酸盐及重 铬酸盐的纺织工业、电镀业和制革工业的废水。Cr(VI)不仅对于植物和动物是剧毒 性，而且对人体具有致癌性和致突变性。因此．具有环境效应的Cr(Ⅵ)的还原反应 引起了人们的广泛关注。对于Cr(VI)在半导体体系中的光催化还原已有较多研究。Khalil等人报道了ZnO 等半导体光催化还原去除Cr(Ⅵ)离子的新型技术，研究发现随着pH的降低，Cr(Ⅵ)的光还原转化率提高；Zhang等报道了离子交换型化合物(K2ri0409，H+一K2Ti0409)光催化还原Cr(Ⅵ)方法，其反应机理与半导体光催化还原有明显区别社1；付宏祥等用TiO：光催化消除Cr(Ⅵ)离子，对体系的酸度、催化剂用量和Cr(Ⅵ)离子初始浓度等不同陛化参数与反应条件的影响进行了研究”1。近年来，文献中除了报道将Fe(111)光解产生的·OH，H20、C02一等氧化性活性自 由基应用于环境污染物的氧化降解处理外¨6。171，却鲜有报道将Fe(111)一草酸盐络合物光解产生的还原性自由基应用于重金属的回收、富集和处理。1997年Hugt4I等报道了铁(II，111)催化下草酸和柠檬酸对Cr(Ⅵ)的光还原。 他们认为体系中生成的C02。、Fe(II)、H20IOz和H202均可能是Cr(VI)及其中间价态Cr(V)和Cr(Ⅳ)的还原剂，最终体系中残留的是水溶性Cr(1tI)草酸，柠檬酸配合物，从而使Cr(Ⅵ)的污染得到转化和减弱。本课题组已对染料的Fe(IlI)．OH的光化学氧化处理方法进行了深入研究”。而Fe(111)0H体系的光还原方法处理重金属还未见报道，本文试图从这一角度探讨Fe(111)OH的光还原机理和废水处理的可行性。53021世纪可持续发展之环境保护(上卷)贰、实验部分一、试剂和仪器FeCl3·6H20A．R．级，K2Crz07A．R．级，HCI、NaOH和其他试剂均为A．R．级FeCl3储备液，№Cr207储备液PH、4型数字式酸度计，722型分光光度计，125W高压汞灯，自转式光反应器‘7二、实验方法 1．配制Cr(VI)溶液，加入一定量的FeCl3储备液，并用HCl和NaOH凋pH值。2．在8支10mL比色管中注人上述混合液10mL，置于自转式光反应器中进行光照，同时另取混合液进行暗反应对照实验，每隔一定时间在光反应器中取～支比色管，在485nm处测定混合溶液吸光度。3．在pH影响实验中，调混合溶液pH值分别为4．0，3．0，2,5，2．0，1．0重复2的 操作。4．在FeCl3投加量影响实验中，分别以Fe(IlI)与Cr(Ⅵ)浓度比为1：2，1：1．2：1，3：l，4：1．5：1，6：1，8：1的比例投加Fe(III)，其他条件不变，重复2的操作。5在Or(VI)初始浓度影响实验中，分别取Cr(V1)初始浓度为10rnolIL，20IJmol／Lt1009mol／L，2001umol／L．其他条件不变，重复2的操作。同时将只含Cr(VI)的溶液进 行光照实验。6．按下式计算还原率：还原率(％)=(Co—C)／Co×100 式中C。．C分别是Cr(Ⅵ)光照前后的浓度。叁、结果与讨论不加光照的暗反应实验和不加Fe(II[)的对照实验结果如图1所示，由图可知，不 加光照和不加Fe(III)自9实验，Cr(Ⅵ)的浓度基本不变，表明光和Fe(JID是反应过程 中不可缺少的条件。～、混合溶液pl-I值对cr(Ⅵ)的光化学还原效果的影响 还原体系的酸度对Cr(Ⅵ)的光化学还原效果有显著的影响。图2给出了Cr(VI)初始浓度为20lamol／L，Fe(111)浓度为20i-lmol／L时，5种不同初始pH值下Cr(Ⅵ)还原随反应时间的变化曲线。可以看出．随pit上升，Cr(Ⅵ)的还原速率下降。这一方 面是因为Cr(VI)的还原伴随着H+的消耗，另一方面是因为不同的Fe(III)与OH一形成 的配台物的形态分布和Cr(Ⅵ)形态分布。在pH=2．5—5范围内．Fe(III)在水溶液中主要以Fe(OH)2+形式存在，Fe(OH)“的电荷迁移能带与太阳光紫外光区重叠(