cus对cr(vi)的还原作用及影响因素研究
通过批式实验研究了模拟日光照射下pH、CuS初始质量浓度、Cr(VI)初始浓度、温度及有无柠檬酸等因素对CuS还原Cr(VI)的影响。结果表明，无论光照还是避光条件下，柠檬酸对CuS还原Cr(VI)的速率基本上都没有影响。而与避光条件下相比，光照时CuS对Cr(VI)的还原速率明显要快。反应受pH、CuS初始质量浓度、Cr(VI)的初始浓度影响较大，受温度的影响较小。反应过程中，S2-直接或间接地将Cr(VI)还原为Cr(III)。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 实验仪器及试剂 2
1．1．1 实验仪器 2
1．1．2 化学试剂 2
1．2 溶液配制 3
1．3 实验准备 3
1．4 实验步骤 3
1．4．1 光照反应 3
1．4．2 避光反应 3
1．5 分析方法 3
2 结果与分析 4
2．1 光照与柠檬酸对反应速率的影响 4
2．2 pH对反应速率的影响 5
2．3 CuS的质量浓度对反应速率的影响 5
2．4 Cr(VI)浓度对反应速率的影响 6
2．5 温度对反应速率的影响 7
3 结论 7
致谢 7
参考文献 8
CuS对Cr(VI)的还原作用及影响因素研究
引言
引言 随着工业的不断发展，铬及其化合物在各领域广泛应用，是冶金工业、金属加工电镀、颜料、印染、制药、照相等行业必不可少的工业原料。近年来，铬污染日渐严重，也受到人们越来越多的关注。铬的毒性与其存在形态关系很大。在环境中铬主要以两种价态稳定存在：三价[Cr(III)]和六价[Cr(VI)]，其中Cr(III)毒性低，迁移性小，并具有生物活性，是人体营养所必需的元素。正常成人体内含铬总量仅有6 mg左右，主要分布在肝、肺组织内。人体对无机铬的吸收利用率极低，不到1%；人体对有机铬的利用率可达10~25%。铬在天然食 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
品中的含量较低、均以三价的形式存在。而Cr(VI)氧化性强，溶解性和迁移性大，具有高毒性，其毒性是Cr(III)的100倍，并易被人体吸收且在体内蓄积，有致突变性和潜在致癌性。摄入过量的Cr(VI)会引起以刺激和腐蚀呼吸、消化道粘膜为特征的中毒。六价铬在水中主要以CrO42(、Cr2O72(、HCrO4(等形式存在[1]，三价铬主要以Cr(OH)2+、Cr(OH)2+等形式存在。水体中的Cr(III)和Cr(VI)可以相互转化，在强碱性介质中，Cr(III)遇到氧化性物质会向Cr(VI)转化；而在酸性条件下，水体中的Fe2+、硫化物和其他还原性物质会将Cr(VI)还原成Cr(III)[2]。我们一般将Cr(VI)还原为Cr(III)来降低其毒性。因此，如何高效的还原Cr(VI)减少环境中的铬污染已成为有关领域研究的热点。
环境中很多有机物可以用来作Cr(VI)的还原剂，然而这种作用非常缓慢。水体中单独有机酸还原Cr(VI)是十分缓慢的。Lan 等[3]研究结果指出，在pH 4.0~5.0的均相体系中柠檬酸对Cr(VI)的还原作用是十分微弱的。在弱酸性或者中性土壤中，土壤腐殖质还原Cr(VI)的速率也是相当缓慢的，目前国内外有很多这方面的报道。例如，Wittbrodt等[45]研究了pH 17范围内土壤富里酸还原Cr(VI)，实验结果表明Cr(VI)的还原速率随着pH的降低、反应物浓度的增加而增加，且Cr(VI)与过量土壤腐殖质的反应随时间呈非线性关系，Cr(VI)还原速率随时间而减小。
大量实验结果表明：当体系中存在Mn(II)、Fe(III)等过渡金属离子时，可显著提高有机酸还原Cr(VI)的速率。Li等[67]研究发现，Mn(II)能显著加快柠檬酸还原Cr(VI)的速率，与没有Mn(II)存在下相比，反应速率增加了45倍。Fe(III)与有机酸形成Fe(III)有机酸配合物，该配合物具有较高的光化学活性，能在模拟日光作用下发生中心离子与配体间的电荷转移(metal–ligand–charge –transfer)[8]，从而释放出反应中间产物Fe(II)和有机酸自由基等。这些中间产物对Cr(VI)产生进一步的还原作用，同时生成Fe(III)和Cr(III)。Fe(III)又与有机酸形成Fe(III)有机酸配合物，从而形成一个循环反应体系，大大加速了Cr(VI)的还原速率。Cu(II)是环境中常见的一种过渡金属离子，能与有机酸形成配合物，且与Fe(III)类似，也有更低的价态，Cu(I)。Li等[9]研究发现，与避光条件下进行比较，Cu(II)只有在光照条件下才能催化酒石酸还原Cr(VI)。反应机制与Fe(III)类似，首先形成Cu(II)酒石酸配合物，在光照条件下产生Cu(I)和有机酸自由基等中间产物，从而大大加快Cr(VI)的还原。
硫化物也能有效地还原Cr(VI)，周培[10]研究发现施氏矿物能有效地加速硫化物还原Cr(VI)。实验发现施氏矿物表面的Fe(III)能被S2(还原为Fe(II)，Fe(II)再将Cr(VI)还原为Cr(III)。与此同时，Fe(II)又被氧化为Fe(III)，如此形成一个循环。CuS是自然界中常见的铜矿——铜蓝，极难溶于水，但在酸性的反应体系中可溶出的Cu(II)和S2(，S2(还原性特别强，而溶出的Cu(II)与Fe(III)性质类似，有更低价态Cu(I)，在有机酸存在的条件下，Cu(II)可以与有机酸形成配合物，能在模拟日光作用下发生中心离子与配体间的电荷转移，加快Cr(VI)的还原，那么，在CuS和柠檬酸共同参与Cr(VI)还原的体系中，柠檬酸是否也会起到这样的作用呢？因此，通过本实验的研究可以探究CuS在柠檬酸体系中还原Cr(V)的反应机制，为环境中治理Cr(VI)污染提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1．1 实验仪器及试剂
1．1．1 实验仪器
XPA系列光化学反应仪（南京胥江机电厂）
RG0515 低温恒温槽（常州荣冠实验分析仪器厂）
BS124S 电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）
pH2100 酸度计（南京国思源商贸有限公司）
Alpha1502 紫外可见分光光度计（上海谱元仪器有限公司）
1．1．2 化学试剂
柠檬酸（分析纯，汕头市西陇化工厂有限公司）
硫化铜（分析纯，上海兴达化工试剂厂）
重铬酸钾（分析纯，南京化学试剂厂）
丙酮（分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司）
二苯碳酰二肼（DPC，分析纯，Aldrich Chemical Company, America）
1．2 溶液配制
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 实验仪器及试剂 2
1．1．1 实验仪器 2
1．1．2 化学试剂 2
1．2 溶液配制 3
1．3 实验准备 3
1．4 实验步骤 3
1．4．1 光照反应 3
1．4．2 避光反应 3
1．5 分析方法 3
2 结果与分析 4
2．1 光照与柠檬酸对反应速率的影响 4
2．2 pH对反应速率的影响 5
2．3 CuS的质量浓度对反应速率的影响 5
2．4 Cr(VI)浓度对反应速率的影响 6
2．5 温度对反应速率的影响 7
3 结论 7
致谢 7
参考文献 8
CuS对Cr(VI)的还原作用及影响因素研究
引言
引言 随着工业的不断发展，铬及其化合物在各领域广泛应用，是冶金工业、金属加工电镀、颜料、印染、制药、照相等行业必不可少的工业原料。近年来，铬污染日渐严重，也受到人们越来越多的关注。铬的毒性与其存在形态关系很大。在环境中铬主要以两种价态稳定存在：三价[Cr(III)]和六价[Cr(VI)]，其中Cr(III)毒性低，迁移性小，并具有生物活性，是人体营养所必需的元素。正常成人体内含铬总量仅有6 mg左右，主要分布在肝、肺组织内。人体对无机铬的吸收利用率极低，不到1%；人体对有机铬的利用率可达10~25%。铬在天然食 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
品中的含量较低、均以三价的形式存在。而Cr(VI)氧化性强，溶解性和迁移性大，具有高毒性，其毒性是Cr(III)的100倍，并易被人体吸收且在体内蓄积，有致突变性和潜在致癌性。摄入过量的Cr(VI)会引起以刺激和腐蚀呼吸、消化道粘膜为特征的中毒。六价铬在水中主要以CrO42(、Cr2O72(、HCrO4(等形式存在[1]，三价铬主要以Cr(OH)2+、Cr(OH)2+等形式存在。水体中的Cr(III)和Cr(VI)可以相互转化，在强碱性介质中，Cr(III)遇到氧化性物质会向Cr(VI)转化；而在酸性条件下，水体中的Fe2+、硫化物和其他还原性物质会将Cr(VI)还原成Cr(III)[2]。我们一般将Cr(VI)还原为Cr(III)来降低其毒性。因此，如何高效的还原Cr(VI)减少环境中的铬污染已成为有关领域研究的热点。
环境中很多有机物可以用来作Cr(VI)的还原剂，然而这种作用非常缓慢。水体中单独有机酸还原Cr(VI)是十分缓慢的。Lan 等[3]研究结果指出，在pH 4.0~5.0的均相体系中柠檬酸对Cr(VI)的还原作用是十分微弱的。在弱酸性或者中性土壤中，土壤腐殖质还原Cr(VI)的速率也是相当缓慢的，目前国内外有很多这方面的报道。例如，Wittbrodt等[45]研究了pH 17范围内土壤富里酸还原Cr(VI)，实验结果表明Cr(VI)的还原速率随着pH的降低、反应物浓度的增加而增加，且Cr(VI)与过量土壤腐殖质的反应随时间呈非线性关系，Cr(VI)还原速率随时间而减小。
大量实验结果表明：当体系中存在Mn(II)、Fe(III)等过渡金属离子时，可显著提高有机酸还原Cr(VI)的速率。Li等[67]研究发现，Mn(II)能显著加快柠檬酸还原Cr(VI)的速率，与没有Mn(II)存在下相比，反应速率增加了45倍。Fe(III)与有机酸形成Fe(III)有机酸配合物，该配合物具有较高的光化学活性，能在模拟日光作用下发生中心离子与配体间的电荷转移(metal–ligand–charge –transfer)[8]，从而释放出反应中间产物Fe(II)和有机酸自由基等。这些中间产物对Cr(VI)产生进一步的还原作用，同时生成Fe(III)和Cr(III)。Fe(III)又与有机酸形成Fe(III)有机酸配合物，从而形成一个循环反应体系，大大加速了Cr(VI)的还原速率。Cu(II)是环境中常见的一种过渡金属离子，能与有机酸形成配合物，且与Fe(III)类似，也有更低的价态，Cu(I)。Li等[9]研究发现，与避光条件下进行比较，Cu(II)只有在光照条件下才能催化酒石酸还原Cr(VI)。反应机制与Fe(III)类似，首先形成Cu(II)酒石酸配合物，在光照条件下产生Cu(I)和有机酸自由基等中间产物，从而大大加快Cr(VI)的还原。
硫化物也能有效地还原Cr(VI)，周培[10]研究发现施氏矿物能有效地加速硫化物还原Cr(VI)。实验发现施氏矿物表面的Fe(III)能被S2(还原为Fe(II)，Fe(II)再将Cr(VI)还原为Cr(III)。与此同时，Fe(II)又被氧化为Fe(III)，如此形成一个循环。CuS是自然界中常见的铜矿——铜蓝，极难溶于水，但在酸性的反应体系中可溶出的Cu(II)和S2(，S2(还原性特别强，而溶出的Cu(II)与Fe(III)性质类似，有更低价态Cu(I)，在有机酸存在的条件下，Cu(II)可以与有机酸形成配合物，能在模拟日光作用下发生中心离子与配体间的电荷转移，加快Cr(VI)的还原，那么，在CuS和柠檬酸共同参与Cr(VI)还原的体系中，柠檬酸是否也会起到这样的作用呢？因此，通过本实验的研究可以探究CuS在柠檬酸体系中还原Cr(V)的反应机制，为环境中治理Cr(VI)污染提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1．1 实验仪器及试剂
1．1．1 实验仪器
XPA系列光化学反应仪（南京胥江机电厂）
RG0515 低温恒温槽（常州荣冠实验分析仪器厂）
BS124S 电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）
pH2100 酸度计（南京国思源商贸有限公司）
Alpha1502 紫外可见分光光度计（上海谱元仪器有限公司）
1．1．2 化学试剂
柠檬酸（分析纯，汕头市西陇化工厂有限公司）
硫化铜（分析纯，上海兴达化工试剂厂）
重铬酸钾（分析纯，南京化学试剂厂）
丙酮（分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司）
二苯碳酰二肼（DPC，分析纯，Aldrich Chemical Company, America）
1．2 溶液配制
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