施氏矿物和水铁矿对砷（Ⅲ）吸附性能的比较研究
发布时间：2021-01-21 17:53
[目的]本文主要探究施氏矿物（Sch）和水铁矿（Fh）对As（Ⅲ）的吸附差异。[方法]分别使用生物和化学方法合成施氏矿物和水铁矿,通过吸附动力学和吸附等温模型,比较2种矿物对As（Ⅲ）的吸附效果,同时探究pH值、共存离子对2种矿物吸附As（Ⅲ）的影响。[结果]施氏矿物的吸附速率常数k1为0.013 9 min-1,远大于水铁矿的0.001 9 min-1,且吸附过程符合伪一级动力学,说明施氏矿物对As（Ⅲ）吸附是一个快速的过程。吸附等温模型拟合结果表明,2种矿物对As（Ⅲ）的吸附主要为单层吸附。在中性条件下,施氏矿物对As（Ⅲ）的吸附量为165.73 mg·g-1,大于水铁矿的133.50 mg·g-1。施氏矿物吸附的最佳pH值为6～12,而水铁矿的为6～8。共存离子对水铁矿吸附过程影响更小。水铁矿吸附As（Ⅲ）的主要机制为表面羟基的络合配位作用,而施氏矿物对As（Ⅲ）的吸附主要是As（Ⅲ）与矿物表面金属羟基的表面络合、As（Ⅲ）与矿物表面及隧道结构内SO4
【文章来源】：南京农业大学学报. 2020,43(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
施氏矿物(A)和水铁矿(B)的扫描电镜图、X射线衍射仪谱图(C)及N2吸附-脱附等温曲线(D)
从图4可知:Sch在pH6～12时对As(Ⅲ)有良好的吸附,而Fh则在pH6～8时能更好地吸附As(Ⅲ),说明Sch可在更宽的pH范围实现对As(Ⅲ)的吸附。在pH10～12时Sch的吸附量虽略有下降,但却比Fh表现出更好的吸附能力。 对Sch和Fh吸附As(Ⅲ)的能力按比表面积进行归一化处理。当pH值分别为4、7和10时,Sch对As(Ⅲ)的单位比表面积吸附容量分别为0.75、0.96和0.84 mg·m-2,而Fh的为0.66、0.79和0.46 mg·m-2。2种矿物的吸附行为变化趋势与前文分析相符,在中性条件下均具有最大的吸附容量。Sch在酸性条件下吸附容量明显减少,而Fh在酸性和碱性条件下均明显下降。2.5 共存阴离子和腐殖酸对施氏矿物及水铁矿吸附As(Ⅲ)的影响
通常情况下,含砷废水或地下水中同时存在许多其他阴离子或有机物。Cl-、NO-3、SO 4 2- 对As(Ⅲ)吸附影响很小[19]。从实际应用出发,我们探究了腐殖酸、磷酸根(PO 4 3- )和碳酸根(CO 3 2- )等环境因子在不同水平下对As(Ⅲ)吸附效果的影响(图5)。不同离子对2种矿物吸附As(Ⅲ)的影响程度差异明显,当腐殖酸质量浓度为0～500 mg·L-1时,2种矿物的As(Ⅲ)吸附容量出现不同程度的下降,Sch吸附容量下降45.61%,Fh下降23.85%。腐殖酸使反应体系酸化,促进矿物溶解,也可能是腐殖酸占据矿物表面的吸附位点,从而降低矿物对As(Ⅲ)的吸附量[20]。PO 4 3- 对2种矿物吸附As(Ⅲ)的影响程度不同,PO 4 3- 质量浓度为10 mg·L-1时,Sch吸附容量下降64.97%,而Fh下降37.33%。随着PO 4 3- 质量浓度增加,对As(Ⅲ)的吸附抑制明显。这是由于P和As都属于第Ⅴ族元素,具有相似的结构,所以P易与As形成强烈的竞争吸附[21]。在天然水体或实际地下水中PO 4 3- 含量较低,一般为0.01～2.00 mg·L-1[22],对2种矿物吸附As(Ⅲ)的影响也会减少。CO 3 2- 对2种矿物吸附As(Ⅲ)也存在不同程度的抑制,这是由于在pH7.0反应体系中,CO 3 2- 主要以HCO-3形式存在,其会与As(Ⅲ)产生竞争吸附[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然含铁矿物对砷的吸附效果及机制[J]. 邵金秋,温其谦,阎秀兰,申俊峰,杨林生,杨硕. 环境科学. 2019(09)
[2]铁基水处理材料除砷技术的研究进展[J]. 陈婷,朱志良. 化学通报. 2018(10)
[3]水铁矿及其胶体对砷的吸附与吸附形态[J]. 马玉玲,马杰,陈雅丽,雷梅,郭华明,翁莉萍,李永涛. 环境科学. 2018(01)
[4]人工合成水铁矿对水中六价铬的吸附特征研究[J]. 丁秘,康文晶,冯程龙,余光辉,冉炜,沈其荣. 工业水处理. 2017(02)
[5]生物成因次生铁矿物对酸性矿山废水中三价砷的吸附[J]. 谢越,周立祥. 土壤学报. 2012(03)
[6]生物与化学成因施氏矿物吸附去除水中As（Ⅲ）效果的比较研究[J]. 李浙英,梁剑茹,柏双友,周立祥. 环境科学学报. 2011(05)
[7]氧化铁对腐殖酸的吸附机制研究[J]. 常春英,滑晓赞,吕贻忠. 中国农业大学学报. 2010(01)
[8]β-FeO（OH）对水中砷的吸附作用[J]. 马红梅,朱志良,张荣华,赵建夫. 同济大学学报(自然科学版). 2007(12)
[9]砷在金属氧化物/水界面上的吸附机制Ⅰ.金属表面羟基的表征和作用[J]. 张昱,豆小敏,杨敏,贺泓,余运波,何士龙. 环境科学学报. 2006(10)
博士论文
[1]水铁矿纳米材料对土壤中砷的吸附固定及其稳定化反应机制[D]. 霍丽娟.中国农业科学院 2017
[2]铁基纳米材料去除水中低浓度砷性能和机理研究[D]. 吴灿.华南理工大学 2017
[3]施氏矿物的生物合成及去除水中砷的效果与机理研究[D]. 廖岳华.南京农业大学 2008
硕士论文
[1]含铁矿物对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的吸附及氧化还原转化研究[D]. 孙林.安徽农业大学 2015
本文编号：2991629
【文章来源】：南京农业大学学报. 2020,43(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
施氏矿物(A)和水铁矿(B)的扫描电镜图、X射线衍射仪谱图(C)及N2吸附-脱附等温曲线(D)
从图4可知:Sch在pH6～12时对As(Ⅲ)有良好的吸附,而Fh则在pH6～8时能更好地吸附As(Ⅲ),说明Sch可在更宽的pH范围实现对As(Ⅲ)的吸附。在pH10～12时Sch的吸附量虽略有下降,但却比Fh表现出更好的吸附能力。 对Sch和Fh吸附As(Ⅲ)的能力按比表面积进行归一化处理。当pH值分别为4、7和10时,Sch对As(Ⅲ)的单位比表面积吸附容量分别为0.75、0.96和0.84 mg·m-2,而Fh的为0.66、0.79和0.46 mg·m-2。2种矿物的吸附行为变化趋势与前文分析相符,在中性条件下均具有最大的吸附容量。Sch在酸性条件下吸附容量明显减少,而Fh在酸性和碱性条件下均明显下降。2.5 共存阴离子和腐殖酸对施氏矿物及水铁矿吸附As(Ⅲ)的影响
通常情况下,含砷废水或地下水中同时存在许多其他阴离子或有机物。Cl-、NO-3、SO 4 2- 对As(Ⅲ)吸附影响很小[19]。从实际应用出发,我们探究了腐殖酸、磷酸根(PO 4 3- )和碳酸根(CO 3 2- )等环境因子在不同水平下对As(Ⅲ)吸附效果的影响(图5)。不同离子对2种矿物吸附As(Ⅲ)的影响程度差异明显,当腐殖酸质量浓度为0～500 mg·L-1时,2种矿物的As(Ⅲ)吸附容量出现不同程度的下降,Sch吸附容量下降45.61%,Fh下降23.85%。腐殖酸使反应体系酸化,促进矿物溶解,也可能是腐殖酸占据矿物表面的吸附位点,从而降低矿物对As(Ⅲ)的吸附量[20]。PO 4 3- 对2种矿物吸附As(Ⅲ)的影响程度不同,PO 4 3- 质量浓度为10 mg·L-1时,Sch吸附容量下降64.97%,而Fh下降37.33%。随着PO 4 3- 质量浓度增加,对As(Ⅲ)的吸附抑制明显。这是由于P和As都属于第Ⅴ族元素,具有相似的结构,所以P易与As形成强烈的竞争吸附[21]。在天然水体或实际地下水中PO 4 3- 含量较低,一般为0.01～2.00 mg·L-1[22],对2种矿物吸附As(Ⅲ)的影响也会减少。CO 3 2- 对2种矿物吸附As(Ⅲ)也存在不同程度的抑制,这是由于在pH7.0反应体系中,CO 3 2- 主要以HCO-3形式存在,其会与As(Ⅲ)产生竞争吸附[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然含铁矿物对砷的吸附效果及机制[J]. 邵金秋,温其谦,阎秀兰,申俊峰,杨林生,杨硕. 环境科学. 2019(09)
[2]铁基水处理材料除砷技术的研究进展[J]. 陈婷,朱志良. 化学通报. 2018(10)
[3]水铁矿及其胶体对砷的吸附与吸附形态[J]. 马玉玲,马杰,陈雅丽,雷梅,郭华明,翁莉萍,李永涛. 环境科学. 2018(01)
[4]人工合成水铁矿对水中六价铬的吸附特征研究[J]. 丁秘,康文晶,冯程龙,余光辉,冉炜,沈其荣. 工业水处理. 2017(02)
[5]生物成因次生铁矿物对酸性矿山废水中三价砷的吸附[J]. 谢越,周立祥. 土壤学报. 2012(03)
[6]生物与化学成因施氏矿物吸附去除水中As（Ⅲ）效果的比较研究[J]. 李浙英,梁剑茹,柏双友,周立祥. 环境科学学报. 2011(05)
[7]氧化铁对腐殖酸的吸附机制研究[J]. 常春英,滑晓赞,吕贻忠. 中国农业大学学报. 2010(01)
[8]β-FeO（OH）对水中砷的吸附作用[J]. 马红梅,朱志良,张荣华,赵建夫. 同济大学学报(自然科学版). 2007(12)
[9]砷在金属氧化物/水界面上的吸附机制Ⅰ.金属表面羟基的表征和作用[J]. 张昱,豆小敏,杨敏,贺泓,余运波,何士龙. 环境科学学报. 2006(10)
博士论文
[1]水铁矿纳米材料对土壤中砷的吸附固定及其稳定化反应机制[D]. 霍丽娟.中国农业科学院 2017
[2]铁基纳米材料去除水中低浓度砷性能和机理研究[D]. 吴灿.华南理工大学 2017
[3]施氏矿物的生物合成及去除水中砷的效果与机理研究[D]. 廖岳华.南京农业大学 2008
硕士论文
[1]含铁矿物对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的吸附及氧化还原转化研究[D]. 孙林.安徽农业大学 2015
本文编号：2991629
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