周艺艺1，2，刘存1*，王玉军1，2*
单位
1.中国科学院南京土壤研究所中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室
2.中国科学院大学
欢迎引用
周艺艺，刘存，王玉军. 不同主导晶面赤铁矿对Cr（Ⅵ）吸附与迁移行为的影响[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40（8）：1667-1674.
ZHOU Y Y, LIU C, WANG Y J. Facet-dependent Cr（Ⅵ）adsorption and transport on hematite nano-particles[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2021, 40（8）：1667-1674.
摘 要：为探究赤铁矿的晶面效应对Cr（Ⅵ）迁移的影响，采用批实验研究了{001}主导晶面的片状纳米赤铁矿（HNPs）与{110}主导晶面的棒状纳米赤铁矿（HNRs）对Cr（Ⅵ）的吸附机制，并通过柱实验考察了不同环境因素（pH、入流浓度、流速和离子强度）对Cr（Ⅵ）在两种赤铁矿修饰石英砂表面的迁移规律。
批实验结果表明：HNPs与HNRs对Cr（Ⅵ）的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。HNPs与HNRs对Cr（Ⅵ）的最大吸附量分别为2.97
mg·g-1和4.95 mg·g-1。pH和离子强度增加，HNPs与HNRs对Cr（Ⅵ）的吸附量降低，表明吸附过程同时存在化学吸附和静电吸附机制。
（在0.01 mol·L-1与0.1 mol·L-1 NaNO3条件下）
Cr（Ⅵ）在HNPs与HNRs上的
吸附动力学曲线和吸附等温线
柱实验结果表明：pH增大，填充柱表面负电荷增多，减少了对Cr（Ⅵ）的滞留；增加初始浓度能够加快位点占据速度，增大流速导致Cr（Ⅵ）在柱内停留时间减少。离子强度增大，增强了阴离子竞争吸附，促进了HNPs与HNRs上Cr（Ⅵ）的解吸和迁移。相同条件下，由于{001}晶面对Cr（Ⅵ）的吸附点位密度低，导致Cr（Ⅵ）在HNPs中的滞留量小于HNRs。
溶液化学因素pH、入流浓度、流速
和离子强度对Cr（Ⅵ）迁移的影响
研究表明，赤铁矿不同主导晶面吸附构型的差异显著影响Cr（Ⅵ）吸附与迁移行为。
关键词：赤铁矿；晶面效应；Cr（Ⅵ）；穿透曲线
doi：10.11654/jaes.2021-0386
结论
（1）以{001}主导晶面的HNPs与以{110}为主导晶面的HNRs对Cr（Ⅵ）的吸附动力学和吸附等温线，分别符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型，吸附机制为静电吸附和化学吸附。HNPs与HNRs对Cr（Ⅵ）的吸附量分别为2.97 mg·g-1和4.95 mg·g-1，HNPs表面单齿单核的吸附模式导致{001}晶面吸附点位密度低。
（2）pH增大使HNPs与HNRs表面负电荷增多，减少对Cr（Ⅵ）的滞留；增加初始浓度能够加快位点占据速度，促进Cr（Ⅵ）迁移。流速增大减少Cr（Ⅵ）在柱内停留时间，加快迁移过程；离子强度增大，增加了阴离子在赤铁矿表面的竞争吸附，导致Cr（Ⅵ）流出加快。
（3）相同条件下，HNPs的{001}主导晶面吸附点位密度和吸附能力小于HNRs的{110}主导晶面，是Cr（Ⅵ）在HNPs柱中滞留量小于HNRs柱的决定因素。
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