铬是现代社会工业生产和人民生活中的一种重要的金属元素,但由于对含铬三废(废渣、废水、废气)不合理的控制甚至将其随意排放至环境中,导致我国多个地区地下水和土壤受到严重的六价铬污染。治理六价铬污染的主要途径之一是将高毒性Cr(Ⅵ)还原转化成低毒的Cr(Ⅲ)。地下环境里广泛存在着许多小分子有机酸、金属离子和矿物颗粒,这些天然存在的物质对Cr(Ⅵ)的迁移转化和毒性的变化有重要的影响作用。草酸是地下环境中常见的小分子有机酸,具有较强的还原性,能与重金属发生络合、螯合或溶解作用,是土壤中重要的有机配体;Mn²⁺是环境中普遍存在的金属离子,在地下环境的地球化学过程中扮演着重要的角色。另外一种普遍存在于地下环境中的物质是水钠锰矿,这是一种最为常见的氧化锰矿物,广泛参与地球化学过程,深刻影响着重金属铬的迁移转化。这些物质既是友好安全的环境要素,又对六价铬的存在形式和迁移转化有重要的作用,因此本研究选择草酸、Mn²⁺和水钠锰矿作为主要的研究对象,探究锰强化草酸还原Cr(Ⅵ)的效果和规律,并研究其机理。本研究分为两个部分:第一部分,探究Mn²⁺强化草酸还原Cr(Ⅵ)的效果规律和机理。Mn²⁺可显著强化草酸还原Cr(Ⅵ),强化过程分为缓慢诱导期和自动加速期,均符合拟一级动力学,加速期的反应速率常数是诱导期的6倍。环境因素对Cr(Ⅵ)还原的影响如下:随着体系初始p H增大,Cr(Ⅵ)的还原速率逐渐减小;草酸和Mn²⁺浓度分别上升时,明显加速了Cr(Ⅵ)的还原;常见的金属阳离子中,Fe³⁺可以促进Cr(Ⅵ)的还原,Al³⁺几乎完全抑制Cr(Ⅵ)的还原;常见的几种阴离子对Cr(Ⅵ)还原的影响不大。在Mn²⁺/草酸反应体系中引入乙二胺四乙酸(EDTA)对Mn²⁺强化草酸还原Cr(Ⅵ)有较强的抑制作用。分析反应过程中Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺的含量变化,推断在反应的不同阶段Mn²⁺、Mn³⁺发挥的不同作用。通过三次循环实验,证实了还原过程中Mn²⁺/草酸/Cr(Ⅵ)和Mn³⁺/草酸/Cr(Ⅵ)两种中间体络合物的重要作用,并且测定了Cr(Ⅵ)还原的最终产物为Cr(Ⅲ)。第二部分,探究水钠锰矿强化草酸还原Cr(Ⅵ)的效果规律和机理。首先实验室制备酸性水钠锰矿并对其进行物相表征,分析其组成和性质。在水钠锰矿和草酸存在的体系中,Cr(Ⅵ)的还原过程符合拟一级动力学。环境因素对Cr(Ⅵ)还原的影响如下:随着体系初始p H增大,Cr(Ⅵ)的还原速率逐渐减小;水钠锰矿添加量逐渐增大时,Cr(Ⅵ)的还原率呈现先增大后减小的趋势;草酸浓度增大,Cr(Ⅵ)的还原速率随之增大;常见的阴阳离子中,Fe³⁺抑制了60%左右的Cr(Ⅵ)还原,Al³⁺完全抑制Cr(Ⅵ)的还原;常见的几种阴离子对Cr(Ⅵ)的还原无明显影响。水钠锰矿/草酸体系还原Cr(Ⅵ)的过程可分为两方面,一方面是由于水钠锰矿的吸附作用使得Cr(Ⅵ)吸附在矿物表面,在矿物表面和草酸发生还原反应。另一方面是草酸作为配体协助溶解水钠锰矿,使锰离子持续被溶出,在溶液中发生Cr(Ⅵ)的还原反应。通过Cr(Ⅵ)还原循环实验,可得出结论,草酸是主要的电子供体和络合物配体。对反应后的产物进行分析,体系中Cr(Ⅵ)被完全还原为Cr(III)。综上所述,本文探究了金属离子Mn²⁺和常见锰矿物水钠锰矿强化草酸还原Cr(Ⅵ)的效果及机理,对明晰铬在地下环境中存在形式和迁移转化规律有重要作用,也对六价铬污染的修复治理有一定的启发意义。