鉻還原之研究

環境中的鉻污染，首要考量Cr(III)是否會經環境中可能的氧化過程形成 Cr(VI) 及避免其對生物體造成危害。因此需藉由各種方法將Cr(VI)去除或還原為 Cr(III)，

以降低危害。移除Cr(VI)之方法有：利用活性碳對水體中 Cr(VI)進行吸附 (Demirbas et al., 2004)；利用高嶺石、伊萊石等礦物或土壤吸附 Cr(VI) (朱，1982)。本國鉻管

制污染標準 (表一) 係測定鉻之總量以區分有否受到污染，因此需利用上述吸附或 其他方法將鉻由污染廠址移除，但實際上將Cr(VI)還原為 Cr(III)同樣可降低其對生 物體造成的危害。過去數十年來有許多關於還原Cr(VI)的研究，不管是利用生物 或非生物方法皆不勝枚舉。利用生物的方法多是找出可還原Cr(VI)的菌種，如 Vibrio fischeri (Fulladosa et al., 2006)。而非生物的方法，便是添加可還原 Cr(VI)的

物質到水體或土壤中。可還原Cr(VI)的物質相當多，2005 年，Su 與 Ludwig 利用 硫酸亞鐵與連二亞硫酸鈉處理固體廢棄物之Cr(VI)的研究中，將常用於將還原 Cr(VI)之還原劑分為三大類。第一類為含硫化合物，如 H2S、FeS、Na2SO3、Na2S2O5、 Na2S2O4等等；第二類為含鐵的還原劑，如Fe⁰、溶解性Fe(II)、赤鐵礦、白水雲母、

磁鐵礦等含鐵礦物之Fe(II)；第三類為有機化合物，如羥胺、抗壞血酸、草酸鹽、

檸檬酸鹽、有機酸以及土壤有機物 (Eary and Rai, 1988；Su and Ludwig, 2005；

Graham et al., 2006；Wanze et al., 2007；Hoch et al., 2008)。

儘管可用於還原Cr(VI)的方法很多，若欲處理土壤中的 Cr(VI)，使用化學物 質對土壤可能會造成破壞或其他負面的影響，故若能以添加天然的有機物質還原 土壤中的Cr(VI)，一方面可以將土壤中的 Cr(VI)還原為 Cr(III)，另一方面不會對土 壤性質造成破壞，在進行污染復育之後，土壤可以較快被再次利用。早在1976 年 Bartlett 與 Kimble 兩人研究土壤中 Cr(VI)的行為時，即利用牛糞廄肥與土壤有機質 還原Cr(VI)，兩者相較之下土壤有機質比牛糞廄肥更能有效地還原 Cr(VI)。其反

有機質扮演著電子捐贈者的角色，將Cr(VI)還原為 Cr(III)，且其在酸性土壤中較鹼 性土壤中易發生還原作用 (Bartlett and Kimble, 1976)。

1994 年，Losi 等人研究土壤中 Cr(VI)還原的化學與生物效應之實驗中，有機 的量 (Bolan and Thiagarajan, 2001)。而後 Bolan 等人在 2003 年的研究中使用污泥 堆肥 (biosolid compost)、農家堆肥 (farmyard manure)、魚肥 (fish manure)、馬糞 堆肥 (horse manure)、腐熟之香菇太空包堆肥 (spent mushroom)、豬糞堆肥 (pig manure)、家禽堆肥 (poultry manure) 等七種有機資材還原一有機質含量低的土壤

kg^-1 (Cimino et al., 2000)；(2) 豆渣餅 (soya cake) 可在 pH 值小於 1 的情況下有效 地將Cr(VI)還原為 Cr(III)，在體積為 75 mL 濃度為 50 mg L^-1的Cr(VI)溶液中，最 佳處理時間為5 小時。豆渣餅的最佳使用量為每 75 mL 的溶液使用 0.7 g 豆渣餅，

即可移除溶液中90 % 以上的 Cr(VI) (Daneshvar et al., 2002)；(3) 小麥麩 (wheat bran) 中的木質纖維素 (lignocellulosic) 可移除 Cr(VI)，在酸性基質中 Cr(VI)最大 吸附量為35 mg g^-1。該實驗亦利用EXAFS (延伸 X 光吸收精細結構，extended X-ray absorption for fine structure) 證明 Cr(VI)還原後 Cr(III)之產生 (Dupont and Guillon, 2003)；(4) 水生植物的殘體可固定 Cr(VI)，該實驗以 N. graminea、P. stratiotes 的 葉片以及 P. stratiotes 的根吸附溶液中的 Cr(VI)。這些植物殘體可進一步將 Cr(VI) 還原為Cr(III)，其中有 53 至 67 % Cr(III)為有機態，其餘為 Cr(OH)3沉澱物 (Hu et

(bagasse)、炭化稻殼 (charred rice husk)、活性碳 (activated charcoal) 以及尤加利樹 的樹皮 (eucalyptus bark) 可用於移除工業廢棄物中的 Cr(VI)。實驗發現這些吸附 劑中以尤加利樹的樹皮移除Cr(VI)的效果最佳。pH 值為 2、Cr(VI)濃度 250 mg L^-1 時吸附量最大可吸附45 mg-Cr(VI) g^-1。廢水中若具有多種金屬如Cr(VI)、Cr(III)、

Mg 與 Ca 離子時，這些吸附劑會優先吸附 Cr(VI) (Sarin and Pant, 2006)；(8) 葡萄 藤 (grape stalks) 與育亨賓樹皮 (yohimbe bark) 可吸附並還原 Cr(VI)，結果發現育

亨賓樹皮比葡萄藤更能有效地移除Cr(VI)，兩者反應 24 小時後，加入育亨賓樹皮 的溶液中有大約65 % 的鉻被吸附；而加入葡萄藤的溶液則吸附 55 % 的鉻 (Fiol et al., 2008)。