砷存在下铁（羟基）氧化物的形成及砷固定机制的研究

发布时间：2019-04-27 17:02

【摘要】：亚铁离子的非生物氧化是自然界铁(羟基)氧化物形成的重要途径,但水环境中砷对该过程的影响却鲜有研究,并且生成的铁(羟基)氧化物通过何种方式固定砷也尚不清楚。本文模拟自然界近中性pH的水环境中含砷含铁体系发生氧化和水解反应的过程,采用XRD、FT-IR和TEM等手段,详细探讨了水环境中所形成的铁(羟基)氧化物的晶体结构、形貌以及形成机制,并对溶液中铁和砷的氧化和去除动力学进行分析,进而探究铁(羟基)氧化物对砷的固定机制。中性pH环境中,Lepidocrocite是Fe(Ⅱ)非生物氧化途径最易大量形成的铁(羟基)氧化物。在pH 6.0和7.0条件中会有少量的Goethite形成,而在pH 8.0条件下,会优先形成Magnetite。在As(Ⅴ)存在的体系中,pH 6.0条件下会导致结构致密的砷酸铁的形成;在pH 7.0条件下会倾向于形成带有空心结构铁(羟基)氧化物;而在pH 8.0条件下会有利于形成结构疏松的砷酸铁。As(Ⅲ)的存在可以抑制Goethite和Magnetite等铁(羟基)氧化物的形成,缩短Lepidocrocite的晶体长度,并且使铁(羟基)氧化物的形成较无As(Ⅲ)条件下变得更加缓慢。体系中的Fe(Ⅱ)发生的类芬顿反应可将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而不同pH条件下形成的As(Ⅴ)其归宿不同。在pH 6.0条件下,形成的As(Ⅴ)与Fe(Ⅲ)逐渐发生共沉淀而形成砷酸铁;在pH 7.0与8.0条件下,形成的As(Ⅴ)主要吸附在所形成的Lepidocrocite表面。As(Ⅴ)和As(Ⅲ)影响铁(羟基)氧化物形成的原理在于体系中单体、二聚体、多聚体Fe(O,OH)6单元的形成速率与相对含量,以及As(Ⅴ)、As(Ⅲ)与Fe(O,OH)6单元彼此之间的竞争性结合。此外本文发现,Fe(Ⅱ)氧化絮凝过程对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)具有良好的去除效果。对于初始浓度为0.5 mmol·L-1的As(Ⅴ)和As(Ⅲ)溶液,在As/Fe摩尔比为0.5条件下,其As(Ⅴ)和Astotal去除率分别可达到87.5%和82.4%。该工艺的关键点在于加入Fe(Ⅱ)前水环境的初始pH,最佳pH条件分别为9.0和11.0。本文的研究意义在于揭示近中性pH环境中砷对铁(羟基)氧化物形成影响的客观规律,研究砷存在下不同种类铁(羟基)氧化物形成的机理,同时将理论应用于实践,探索利用铁(羟基)氧化物的形成过程而高效去除水环境中砷的途径,为受砷污染的环境的保护与治理提供切实可行的解决方案。
[Abstract]:The abiotic oxidation of ferrous ions is an important pathway for the formation of iron (hydroxyl) oxides in nature, but the effect of arsenic on the process in water environment is rarely studied, and it is not clear how iron (hydroxyl) oxides can be used to immobilize arsenic. In this paper, the oxidation and hydrolysis of arsenic and iron-containing system in water environment near neutral pH in nature are simulated. The crystal structure of iron (hydroxyl) oxide formed in water environment is discussed in detail by means of XRD,FT-IR and TEM. The kinetics of oxidation and removal of iron and arsenic in solution was analyzed, and then the fixation mechanism of iron (hydroxyl) oxide to arsenic was investigated. In neutral pH environment, Lepidocrocite is the most abundant iron (hydroxyl) oxide in the abiotic oxidation pathway of Fe (鈪，

本文编号：2467157