Fe（Ⅲ）-S（Ⅳ）体系对饮用水中砷的氧化吸附研究
发布时间：2022-01-25 02:25
砷（As）作为一种类金属元素,在地壳中分布广泛,是一种公认的高度致癌物质,如何快速而有效地去除水体中的砷,是研究者们长期以来关注的热点。本文提出的方法处理含砷废水,其优势不仅在于投加药剂种类少、运行费用低、操作方便等方面,更重要的是其能够促使沉淀效率更高、废水排放更加稳定,为氧化吸附法在除砷领域的应用提供些许借鉴。本文研究了Fe（III）-S（IV）体系氧化、吸附含砷污染物的过程,分别以对氨基苯砷酸（ASA）与亚砷酸钠为目标物,拟定和优选了该体系的初始条件（包括p H、溶解氧、Fe（III）、S（IV）的浓度等）。同时借助了自由基的捕获剂对实验过程中生成的自由基种类进行分析,浅析了氧化过程机理,探究了无机砷和有机砷ASA的氧化路径,探究体系在自然水体中的除砷效果以及对其他常见污染物的降解情况,验证了该体系实用性。通过SEM图发现新生态铁是无定形的纳米级颗粒,具有优异的吸附能力,吸附As（V）后,可形成了稳定的复合物。通过XPS谱图,发现吸附污染物后的吸附材料表面上的As物种价态主要为+5价,Fe物种价态主要为+3价,体系中新生态吸附材料中的Fe组分在As（V）吸附过程中起到关键的作用,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-23-第3章Fe(Ⅲ)-S(Ⅳ)体系对ASA的氧化吸附引言本章中，主要以对氨基苯砷酸(ASA)为主要目标物研究Fe(Ⅲ)-S(Ⅳ)体系对有机砷的氧化吸附作用。在本实验中，对体系的底物的初、起始pH、Fe(III)与S(Ⅳ)的投配比等进行了测定及优选（,探讨氧气的影响,除此以外还通过序批实验即多次添加亚硫酸钠的方式来提高ASA的氧化率，氧化高浓度ASA，为Fe(Ⅲ)-S(Ⅳ)体系在实际工业中的应用提供借鉴。3.1效果对比实验3.1.1不同体系下ASA的氧化率对比对不同体系(Fe(III)-ASA、S(IV)+ASA、Fe(III)-S(IV)+ASA以及Fe(III)-PMS+ASA体系)在起始pH为4.0时，ASA的氧化降解进行对比。数据如图3-1所示，当单独Fe(III)或者单独亚硫酸钠与底物ASA反应时，ASA没有任何降解。当Fe(III)和S(IV)在体系中同时存在时，ASA才可被明显降解，反应20min后，实现63%的氧化率，60min后，氧化率稳定在70%。图3-1不同体系对ASA的氧化情况(pH=4，[ASA]0=10μM,[Fe(III)]0=0.1mM,[S(IV)]0=1mM[PMS]0=1mM)该现象说明实验Fe(III)和S(IV)的同时作用，使得氧化反应顺利进行，由此ASA被氧化；单独的Fe(III)+ASA在溶液初始pH为4.0时对ASA浓度无任何影响，检测时将体系PH值降低至3以下，排除吸附作用对降低ASA的影响的可能性。作为的SR-AOPs技术中常见的氧化剂，过一硫酸盐(PMS)也是被广泛研究，与过渡金属可以进行反应，产生硫酸根自由基来降解污染物。在对照实验中，将
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-24-Fe(III)分别作为过一硫酸盐和S(IV)的活化剂进行对比，并对二者在氧化底物时进行区分。如图所示，其他实验条件相同，将0.1mM的Fe(III)加入溶液中，再分别添加相同当量的PMS和S(IV)时，其结果显示，添加S(IV)时ASA的降解效果显著优于添加PMS时的降解效果，60min后，Fe(III)-S(IV)体系可使ASA的氧化程度达到70%，Fe(III)-PMS的体系只氧化56%的底物，这表明亚硫酸钠在代替PMS成为新型高级氧化技术时，表现出的高效性、经济性。3.2初始运行条件优化3.2.1初始pH对Fe(III)-S(IV)体系降解能力的影响为确定Fe(III)-S(IV)体系的最适pH，S(IV)初始浓度固定为1.0mM，Fe(III)浓度固定为0.1mM，底物ASA初始浓度为750μg/L，在溶液的起始pH为3.0-7.0时进行反应，观察ASA的浓度变化。图3-2初始pH对ASA的氧化影响[ASA]0=10μM，[Fe(III)]0=0.1mM，[S(IV)]0=1mM结果如图3-2所示，ASA的氧化程度在很大程度上受到反应的初始pH的影响，当pH不同时，ASA的降解率随着pH而改变，在pH=4.0的ASA降解率高于溶液pH为3.0或5.0-7.0。溶液pH=3.0时，底物ASA的降解率约为65%，溶液的pH由4.0升至7.0时，随着pH的上升ASA的降解率逐渐降低，当反应pH=4.0时，ASA的降解率达70%，而当初始pH=7.0时，反应80min后，ASA的量几乎
【参考文献】：
期刊论文
[1]含砷污水的处理工艺现状与展望[J]. 李庆超,姜红兵,詹中华,雷霆,张报清,阴树标. 化学世界. 2017(08)
[2]金属氧化物催化剂上H2S选择性催化氧化研究进展[J]. 刘恩州,王学海,刘忠生,王宽岭,陈高升. 当代化工. 2016(12)
[3]石灰-铁盐法处理工业含砷废水研究进展[J]. 张明琴,周新涛,罗中秋,郝旭涛,何欢,史桂杰. 硅酸盐通报. 2016(08)
[4]制备方法对臭葱石浸出稳定性的影响[J]. 刘志宏,杨校锋,刘智勇,李玉虎,李启厚. 过程工程学报. 2015(03)
[5]Arsenic-induced abnormalities in glucose metabolism: Biochemical basis and potential therapeutic and nutritional interventions[J]. Archana Kulshrestha,Urmila Jarouliya,GBKS Prasad,SJS Flora,Prakash S Bisen. World Journal of Translational Medicine. 2014(02)
[6]过硫酸盐高级氧化技术的活化方法研究进展[J]. 杨世迎,杨鑫,王萍,单良,张文义. 现代化工. 2009(04)
[7]过硫酸盐活化高级氧化新技术[J]. 杨世迎,陈友媛,胥慧真,王萍,刘玉红,王茂东. 化学进展. 2008(09)
[8]砷对健康影响的研究进展[J]. 吴顺华. 国外医学(医学地理分册). 2002(04)
[9]土壤环境中的砷及其生态效应[J]. 张国祥,杨居荣,华珞. 土壤. 1996(02)
博士论文
[1]新型复合铁钛锰吸附剂的研制及其除砷效能与机制研究[D]. 张伟.哈尔滨工业大学 2019
[2]过一硫酸盐氧化降解水中典型有机污染物的动力学及反应产物[D]. 周扬.哈尔滨工业大学 2019
[3]Fe3O4基复合材料光催化氧化/吸附同步去除水中砷的研究[D]. 孙天一.哈尔滨工业大学 2018
[4]过渡金属活化亚硫酸盐体系氧化有机污染物的研究[D]. 袁亚男.武汉大学 2018
硕士论文
[1]新生态铁原位混凝与重力膜滤组合工艺去除三价砷研究[D]. 刘华倩.哈尔滨工业大学 2019
[2]高铁酸钾/亚硫酸钠体系降解水中二氯芬酸钠规律的研究[D]. 王亿承.哈尔滨工业大学 2019
[3]载铁活性炭的制备及对水中三价砷的吸附研究[D]. 罗成.哈尔滨工业大学 2019
[4]稳定化纳米硫化亚铁粒子对水中砷的吸附性能及机理研究[D]. 张华夏.华南理工大学 2019
[5]基于嗜酸氧化亚铁硫杆菌蛋白组学研究砷及金属相关蛋白的代谢重建[D]. 魏燕.兰州大学 2017
[6]Fe（Ⅱ）/亚硫酸盐氧化体系的构建及其转化As（Ⅲ）机理研究[D]. 熊龙.中国石油大学(华东) 2016
[7]改性除砷材料的制备与性能研究[D]. 岳娜.长安大学 2009
本文编号：3607731
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-23-第3章Fe(Ⅲ)-S(Ⅳ)体系对ASA的氧化吸附引言本章中，主要以对氨基苯砷酸(ASA)为主要目标物研究Fe(Ⅲ)-S(Ⅳ)体系对有机砷的氧化吸附作用。在本实验中，对体系的底物的初、起始pH、Fe(III)与S(Ⅳ)的投配比等进行了测定及优选（,探讨氧气的影响,除此以外还通过序批实验即多次添加亚硫酸钠的方式来提高ASA的氧化率，氧化高浓度ASA，为Fe(Ⅲ)-S(Ⅳ)体系在实际工业中的应用提供借鉴。3.1效果对比实验3.1.1不同体系下ASA的氧化率对比对不同体系(Fe(III)-ASA、S(IV)+ASA、Fe(III)-S(IV)+ASA以及Fe(III)-PMS+ASA体系)在起始pH为4.0时，ASA的氧化降解进行对比。数据如图3-1所示，当单独Fe(III)或者单独亚硫酸钠与底物ASA反应时，ASA没有任何降解。当Fe(III)和S(IV)在体系中同时存在时，ASA才可被明显降解，反应20min后，实现63%的氧化率，60min后，氧化率稳定在70%。图3-1不同体系对ASA的氧化情况(pH=4，[ASA]0=10μM,[Fe(III)]0=0.1mM,[S(IV)]0=1mM[PMS]0=1mM)该现象说明实验Fe(III)和S(IV)的同时作用，使得氧化反应顺利进行，由此ASA被氧化；单独的Fe(III)+ASA在溶液初始pH为4.0时对ASA浓度无任何影响，检测时将体系PH值降低至3以下，排除吸附作用对降低ASA的影响的可能性。作为的SR-AOPs技术中常见的氧化剂，过一硫酸盐(PMS)也是被广泛研究，与过渡金属可以进行反应，产生硫酸根自由基来降解污染物。在对照实验中，将
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-24-Fe(III)分别作为过一硫酸盐和S(IV)的活化剂进行对比，并对二者在氧化底物时进行区分。如图所示，其他实验条件相同，将0.1mM的Fe(III)加入溶液中，再分别添加相同当量的PMS和S(IV)时，其结果显示，添加S(IV)时ASA的降解效果显著优于添加PMS时的降解效果，60min后，Fe(III)-S(IV)体系可使ASA的氧化程度达到70%，Fe(III)-PMS的体系只氧化56%的底物，这表明亚硫酸钠在代替PMS成为新型高级氧化技术时，表现出的高效性、经济性。3.2初始运行条件优化3.2.1初始pH对Fe(III)-S(IV)体系降解能力的影响为确定Fe(III)-S(IV)体系的最适pH，S(IV)初始浓度固定为1.0mM，Fe(III)浓度固定为0.1mM，底物ASA初始浓度为750μg/L，在溶液的起始pH为3.0-7.0时进行反应，观察ASA的浓度变化。图3-2初始pH对ASA的氧化影响[ASA]0=10μM，[Fe(III)]0=0.1mM，[S(IV)]0=1mM结果如图3-2所示，ASA的氧化程度在很大程度上受到反应的初始pH的影响，当pH不同时，ASA的降解率随着pH而改变，在pH=4.0的ASA降解率高于溶液pH为3.0或5.0-7.0。溶液pH=3.0时，底物ASA的降解率约为65%，溶液的pH由4.0升至7.0时，随着pH的上升ASA的降解率逐渐降低，当反应pH=4.0时，ASA的降解率达70%，而当初始pH=7.0时，反应80min后，ASA的量几乎
【参考文献】：
期刊论文
[1]含砷污水的处理工艺现状与展望[J]. 李庆超,姜红兵,詹中华,雷霆,张报清,阴树标. 化学世界. 2017(08)
[2]金属氧化物催化剂上H2S选择性催化氧化研究进展[J]. 刘恩州,王学海,刘忠生,王宽岭,陈高升. 当代化工. 2016(12)
[3]石灰-铁盐法处理工业含砷废水研究进展[J]. 张明琴,周新涛,罗中秋,郝旭涛,何欢,史桂杰. 硅酸盐通报. 2016(08)
[4]制备方法对臭葱石浸出稳定性的影响[J]. 刘志宏,杨校锋,刘智勇,李玉虎,李启厚. 过程工程学报. 2015(03)
[5]Arsenic-induced abnormalities in glucose metabolism: Biochemical basis and potential therapeutic and nutritional interventions[J]. Archana Kulshrestha,Urmila Jarouliya,GBKS Prasad,SJS Flora,Prakash S Bisen. World Journal of Translational Medicine. 2014(02)
[6]过硫酸盐高级氧化技术的活化方法研究进展[J]. 杨世迎,杨鑫,王萍,单良,张文义. 现代化工. 2009(04)
[7]过硫酸盐活化高级氧化新技术[J]. 杨世迎,陈友媛,胥慧真,王萍,刘玉红,王茂东. 化学进展. 2008(09)
[8]砷对健康影响的研究进展[J]. 吴顺华. 国外医学(医学地理分册). 2002(04)
[9]土壤环境中的砷及其生态效应[J]. 张国祥,杨居荣,华珞. 土壤. 1996(02)
博士论文
[1]新型复合铁钛锰吸附剂的研制及其除砷效能与机制研究[D]. 张伟.哈尔滨工业大学 2019
[2]过一硫酸盐氧化降解水中典型有机污染物的动力学及反应产物[D]. 周扬.哈尔滨工业大学 2019
[3]Fe3O4基复合材料光催化氧化/吸附同步去除水中砷的研究[D]. 孙天一.哈尔滨工业大学 2018
[4]过渡金属活化亚硫酸盐体系氧化有机污染物的研究[D]. 袁亚男.武汉大学 2018
硕士论文
[1]新生态铁原位混凝与重力膜滤组合工艺去除三价砷研究[D]. 刘华倩.哈尔滨工业大学 2019
[2]高铁酸钾/亚硫酸钠体系降解水中二氯芬酸钠规律的研究[D]. 王亿承.哈尔滨工业大学 2019
[3]载铁活性炭的制备及对水中三价砷的吸附研究[D]. 罗成.哈尔滨工业大学 2019
[4]稳定化纳米硫化亚铁粒子对水中砷的吸附性能及机理研究[D]. 张华夏.华南理工大学 2019
[5]基于嗜酸氧化亚铁硫杆菌蛋白组学研究砷及金属相关蛋白的代谢重建[D]. 魏燕.兰州大学 2017
[6]Fe（Ⅱ）/亚硫酸盐氧化体系的构建及其转化As（Ⅲ）机理研究[D]. 熊龙.中国石油大学(华东) 2016
[7]改性除砷材料的制备与性能研究[D]. 岳娜.长安大学 2009
本文编号：3607731
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