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作者：

梁斌

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摘要：

工业上得到广泛应用的重金属元素铬(Cr)在电镀,鞣革,颜料,油漆,合金,印染,胶印等方面扮演着重要的角色,但它对人和动植物也存在有严重的危害.在人类对环境问题和自身健康问题日益关注下,如何在继续发挥铬在国民经济建设中的重要作用的同时控制和减少铬对环境的污染,受到环境科学研究者和环境保护倡导者们的普遍重视. 铬主要以六价铬和三价铬两种形态存在于自然环境中,其中Cr~(6+)有强氧化性,在环境中的溶解性,迁移性大,具有高毒性;然而Cr~(3+)却具有迁移性小和低毒性的特性.目前在其他生物和物理方法还难以有效控制铬污染的现状下,多数情况是采用化学还原法,即将Cr~(6+)还原为Cr~(3+).本文主要是在水溶液单相体系和矿物多相悬浮液中研究一些土壤和水中经常存在的有机质包括生物生命活动过程中产生并滞留在其中的一些有机酸类物质还原Cr~(6+)的反应动力学机理和及其影响因素,力求探索一些基本的反应规律和影响条件. 本论文共分三部分: 第一部分:在不同温度和pH条件下,通过批式试验研究了纤维素,葡萄糖还原Cr~(6+)的作用以及Mn~(2+)对反应的影响.结果表明在有无Mn~(2+)存在时,纤维素,葡萄糖与Cr~(6+)的还原反应速率差别不大,都进行得十分缓慢,所测定的时间内Cr~(6+)浓度无明显变化.整个反应阶段,总的反应速率逐渐趋于稳定,没有意味着存在某种反应中间产物对反应速率有更大的催化加速作用的表征出现. 第二部分:在25℃,35℃,45℃和pH=4.0,5.0,6.0条件下,研究了均相体系中苦杏仁酸,苹果酸,乳酸还原Cr~(6+)的反应速率.结果表明,在总体上三种有机酸还原Cr~(6+)的能力表现为:苦杏仁酸>苹果酸>乳酸.苦杏仁酸受pH变化的影响较大,乳酸受温度变化的影响较大.同时研究了25℃,pH=4.0条件下Mn~(2+)对反应的催化作用.试验表明Mn~(2+)对三种有机酸还原Cr~(6+)均有一定的催化作用,其中苦杏仁酸表现更为明显.且受温度和pH条件变化影响的趋势与无Mn~(2+)参与的情况保持一致.这表明不同的α-OH有机酸因所连接的基团不同造成还原Cr~(6+)的能力有较大差异,同时矿物表面的Mn~(2+)与土壤中的有机酸形成配合物是导致反应加速的先决条件.Mn~(2+)-有机酸配合物的形成可能提高了这三种酸都具有的α-OH的活性,使其更易与Cr~(6+)结合并形成Cr~(6+)-α-OH有机酸-Mn~(2+)配合物,从而导致Cr~(6+)的快速还原. 第三部分:在25℃,35℃,45℃和pH=4.0,5.0,6.0条件下,研究了伊利石,蒙脱石,高岭石存在条件下苦杏仁酸,苹果酸还原Cr~(6+)的反应速率.结果表明,总体上两种有机酸还原Cr~(6+)的能力与前述实验保持一致,即苦杏仁酸>苹果酸.三种矿物对苦杏仁酸和苹果酸还原Cr~(6+)均有一定的催化作用.三种矿物的催化作用为:伊利石>蒙脱石>高岭石.矿物的催化作用与其表面吸附交换性的Mn~(2+)含量保持一致.表面交换性的Fe~(3+)对有机酸还原Cr~(6+)同样也有催化作用,但其作用小于Mn~(2+).结合第二部分的研究可以表明矿物表面的Mn~(2+)和Fe~(3+)与有机酸形成配合物应该是导致反应加速的先决条件.Mn~(2+)-有机酸酸配合物的形成可能提高了有机酸结构中a-OH的活性,使其更易与Cr~(6+)-有机酸-Mn~(2+)形成三元配合物,从而导致Cr~(6+)的快速还原.同时经过研究和分析证明矿物比表面积的大小并不是导致土壤中有机酸快速还原Cr~(6+)的主要因素.

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关键词：

铬 有机酸 氧化 还原 二价锰 矿物

学位级别：

硕士

学位年度：

2007

DOI：

10.7666/d.Y1215457

被引量：

3