巯基单体插层层状双氢氧化物修复Cr(VI)污染土壤中的研究
编号:4644
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更新:2024-04-26 17:44:22
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张贴报告
摘要
铬渣堆存、含铬废水排放导致土壤Cr(VI)污染问题日益严重,对人体健康、作物生长和经济发展造成巨大威胁。层状双氢氧化物材料(LDH)和巯基功能化材料在Cr(VI)污染修复领域具有潜在优势,但尚缺少相关研究将两者组装联用。本研究制备巯基单体插层的LDH材料,利用吸附实验、材料表征和盆栽实验对材料进行性能评估、去除机制建立和土壤修复应用研究,为巯基单体插层LDH材料对Cr(VI)污染土壤的修复提供理论支持和应用经验。通过共沉淀-焙烧法制备五种巯基单体插层LDH材料,利用序批式摇床实验进行吸附能力筛选,五类材料中二乙基二硫代氨基(DDTC)插层入LDH后形成的DDTC-LDH具有最佳吸附能力且能实现Cr(VI)的快速高效去除。表征结果表明DDTC-LDH具备有序层状结晶结构且DDTC成功插层,化学式为Mg0.716Al0.241(OH)2(C5H10NS2)0.108(CO3)0.024·1.116H2O,材料具备的较高表面积(51.80 m2/g)与薄片状狭缝孔结构能保证其充分捕捉环境中Cr(VI)。DDTC-LDH的吸附性能评估表明,DDTC-LDH的吸附容量为47.69 mg/g,并能够迅速将溶液中0.5~10 mg/L的Cr(VI)降至ppb级别,吸附过程符合伪二级反应动力学及Redlich-Peterson等温线模型,该反应是以化学吸附为主的物理-化学吸附过程且反应自发放热。DDTC-LDH能够在较广的pH(3.17~10.78)和较高浓度共存阴离子(50 mg/L)环境中维持其对Cr(VI)高效吸附能力。DDTC-LDH在对Cr(VI)的去除过程中将Cr(VI)还原为Cr(III),且产物Cr(III)也能被同步高效去除。结合反应前后材料变化,可得DDTC-LDH去除Cr(VI)+Cr(III)的机制主要分四阶段:①层板对Cr(VI)的静电吸附捕捉;②层间C-S/C=S官能团对Cr(VI)的络合固定;③层间C-S/C=S上的S将Cr(VI)还原为Cr(III)实现还原解毒;④层间C-SOx对还原产物Cr(III)的络合固定。DDTC-LDH的Cr(VI)污染土壤修复实验表明,0.50%投加量的处理组能够在10 d内将土壤中Cr(VI)含量由134.26 mg/kg降至1.39 mg/kg,初期Cr有效态含量得到大幅快速削减(10 h削减71.74%),削减量与投加量成正相关。DDTC-LDH的投加能够提升空心菜存活率、改善根茎叶发育状况、提高叶绿素含量、有效降低Cr在植物体内的富集量。因此DDTC-LDH能实现Cr(VI)严重污染土壤的应急解毒、固定和修复,具备独特的应用潜力与价值。
关键词
层状双氢氧化物,微生物组演变,土壤六价铬污染,硫改性,修复机制
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