分散铁硫基纳米浆料的制备及其在Cr（Ⅵ）污染修复中的应用

邢宁宁; 张红玲; 蒋慧; 徐红彬

doi:10.13205/j.hjgc.202606011

分散铁硫基纳米浆料的制备及其在Cr（Ⅵ）污染修复中的应用

doi: 10.13205/j.hjgc.202606011

邢宁宁^1,2,3,4,
张红玲^1,2,3,4, ,,
蒋慧^1,3,4,
徐红彬^1,2,3,4

1. 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室, 北京 100190;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 中国科学院过程工程研究所战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心, 北京 100190;
4. 石油分子与过程工程国家重点实验室, 北京 100083

基金项目:

国家自然科学基金面上项目（52174282）

详细信息

作者简介:
邢宁宁(1999-),女,博士研究生,主要研究方向为功能材料。xingningning@ipe.ac.cn

通讯作者:
张红玲(1985-),女,副研究员,主要研究方向为功能材料,化工冶金产品工程。hlzhang@ipe.ac.cn

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出版历程
- 收稿日期: 2025-05-30
- 录用日期: 2025-07-12
- 修回日期: 2025-06-20
- 网络出版日期: 2026-07-06

Preparation of dispersed iron-sulfur-based nanoparticle slurry and its application in remediating Cr（Ⅵ） contamination

XING Ningning^1,2,3,4,
ZHANG Hongling^{1,2,3,4
, ,},
JIANG Hui^1,3,4,
XU Hongbin^1,2,3,4

1. CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. National Engineering Research Center of Green Recycling for Strategic Metal Resources, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
4. State Key Laboratory of Petroleum Molecular & Process Engineering, Beijing 100083, China

摘要

摘要: 针对铬化工行业铬铁矿浸出渣（铬渣）及关联铬污染土壤等固相介质中的六价铬［Cr（Ⅵ）］污染治理难题，开发了一种具有分散稳定特性的铁硫基浆料（dispersedly stabilized iron-sulfur-based slurry，DSS-ISB）。该浆料利用无机分散剂改性，有效提高了铁硫基纳米颗粒的悬浮稳定性和界面活性，所得浆料粒径约200 nm，可在无需调节pH的条件下高效还原固定Cr（Ⅵ）。优化实验确定的最佳工艺参数为：液固比5 mL∶10 g和DSS-ISB投加量1.8 mg/g。在此条件下，DSS-ISB对Cr（Ⅵ）的去除率达97%以上，处理前后铬渣浸出液中Cr（Ⅵ）浓度由15.03 mg/L降至0.03 mg/L，远低于GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》限值（5 mg/L）。由X射线光电子能谱（XPS）与比表面积（BET）表征分析结果可知，DSS-ISB通过化学还原（Fe²⁺/S^2-双电子供体）与表面吸附协同作用的修复机制，有效将毒性Cr（Ⅵ）转化为较为稳定的Cr（Ⅲ）形态。在相同修复标准下，与传统还原剂硫酸亚铁（FeSO₄）和硫化钠（Na₂S）相比，DSS-ISB的去除效率分别提升28.24%、6.23%；单位质量去除容量增加92.43%、77.08%。同时，铬渣处理的药剂成本降至36.40元/t，较FeSO₄（55.00元/t）和Na₂S（49.20元/t）分别节约33.82%和26.02%。此外，DSS-ISB修复过程无需pH调节及后续钝化处理，修复流程简化。DSS-ISB既可用于铬化工行业铬渣的还原解毒，又可应用于Cr（Ⅵ）污染土壤的原位还原修复，为Cr（Ⅵ）污染的绿色治理提供经济高效的解决方案。
- 铁硫基浆料 /
- 分散稳定 /
- 铬渣 /
- 铬污染土壤 /
- 还原吸附
Abstract: To address the remediation of hexavalent chromium ［Cr（Ⅵ）］ contamination in solid-phase media，such as chromite ore processing residue （COPR） and chromium-contaminated soil from chromium chemical industries， a novel dispersedly stabilized iron-sulfur-based slurry （DSS-ISB） was developed. The slurry was modified with an inorganic dispersant to enhance the suspension stability and interfacial reactivity of iron-sulfur nanoparticles. The particle size of the slurry was approximately 200 nm， enabling efficient reduction and immobilization of Cr（Ⅵ） without pH adjustment. Optimization experiments achieved the optimal process parameters： a liquid-to-solid ratio of 5 mL∶10 g， and a DSS-ISB dosage of 1.8 mg/g. Under these conditions， the system achieved a Cr（Ⅵ） removal efficiency exceeding 97%， reducing the leaching concentration from 15.03 mg/L to 0.03 mg/L， which was below the China national standard limit of 5 mg/L （GB 5085.3—2007）. X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） and Brunauer-Emmett-Teller （BET） analysis revealed that the remediation mechanism of DSS-ISB involves a combination of chemical reduction （with Fe²⁺/S^2- as dual electron donors） and surface adsorption， effectively converting toxic Cr（Ⅵ） into stable Cr（Ⅲ）. Under the same remediation standard， compared with traditional reductants ferrous sulfate （FeSO₄） and sodium sulfide （Na₂S）， DSS-ISB increased the Cr（Ⅵ） removal efficiency by 28.24% and 6.23%， respectively， and increased the unit mass removal capacity by 92.43% and 77.08%， respectively. Meanwhile， the reagent cost per ton of COPR treated was reduced to RMB 36.40 yuan， achieving cost reductions of 33.82% and 26.02%，compared with FeSO₄ （RMB 55.00 yuan） and Na₂S （RMB 49.20 yuan）， respectively. In addition， the remediation process was simplified by eliminating the need for pH adjustment and subsequent passivation treatment. The DSS-ISB system is highly applicable to both COPR and in-situ chromium-contaminated soil， providing an economically efficient solution for the green remediation of Cr（Ⅵ） contamination.
- iron-sulfur-based slurry /
- dispersed stabilization /
- chromite ore processing residue /
- chromium-contaminated soil /
- reduction and adsorption

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