铁氧化物的制备及砷脱除性能研究

发布时间：2020-05-21 18:59

【摘要】：近年来,水体中砷污染问题在世界范围内引起广泛关注。许多国家和地区(如中国、墨西哥、东南亚地区和阿根廷等)都存在不同程度的砷污染。水体中砷污染的处理方法有膜分离法、沉淀法、离子交换法和吸附法等,其中吸附法具有低成本、易操作、对环境友好的优势。与其他类型吸附剂相比,铁氧化物因其分布广泛、成本低廉、对砷有较好的结合能力而备受关注。本论文以开发新型铁氧化物为出发点,制备了两性多巴胺磺酸盐(ZDS)修饰的Fe3O4吸附剂(ZDS-Fe3O4)和α-Fe2O3纳米片吸附剂,并考察了其对水体中砷的脱除性能。主要研究结果包括以下两个方面:(1)成功制备了两性多巴胺磺酸盐(ZDS)修饰的Fe3O4纳米粒子(ZDS-Fe3O4)。Fe3O4可通过表面络合作用吸附水体中的砷,但Fe3O4粒子的团聚会导致吸附位点减少。修饰在Fe3O4表面的ZDS其季铵基团和磺酸基团可与水分子形成强的离子相互作用,具有很好的亲水性,可防止Fe3O4粒子聚集,增加其在水体中的分散性。砷脱除性能测试结果表明ZDS-Fe3O4吸附剂对水体中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的脱除效率比未表面修饰的Fe3O4吸附剂分别提升了 15.25%和24.48%,对水体中的砷表现出更好的脱除效率。(2)通过硅酸根辅助水热合成的方法成功制备了 α-Fe2O3纳米片。α-Fe2O3各晶面具有不同的表面结构。(001)面具有双配位羟基结构,而其他主要晶面,如(100)、(110)、(012)均为单配位羟基结构。硅酸根离子对α-Fe2O3的(001)面的结合能力要大于其他晶面,吸附在(001)面上的硅酸根离子限制了该晶面的生长行为,从而得到片状的α-Fe2O3。砷脱除性能测试结果表明α-Fe2O3纳米片对水体中As(Ⅴ)的最大吸附容量为0.33 mg g-1,是商用活性炭吸附剂吸附容量的三倍多。
【图文】：

存在形态,天然水体,形式

两种［７］。在有氧条件下，Ａｓ（Ｖ）更稳定，是砷主要的存在形式；而在无氧条件下，逡逑砷主要以Ａｓ（ＩＩＩ）的形式存在％。此外，水体ｐＨ也会影响到水体中砷的存在形逡逑态。图１．１为不同ｐＨ条件下水体中Ａｓ（Ｖ）和Ａｓ（ＩＩＩ）的存在形态。结果表明Ａｓ（Ｖ）逡逑的存在形态有Ｈ３Ａｓ０４、Ｈ２ＡｓＣ＾、ＨＡｓＯ〗＇和ＡｓＯ〗＿；邋Ａｓ（ＩＩＩ）的存在形态有逡逑Ｈ３ＡｓＯ３、Ｈ２ＡｓＯ丨、ＨＡｓＣ＾和Ａｓ０ｉ＿。天然水体的ｐＨ—般介于６．５－８．５之间，，逡逑因此Ａｓ（Ｖ）主要以Ｈ２ＡｓＯ：和ＨＡｓＯ＾的形式存在，而Ａｓ（ＩＩＩ）主要以Ｈ３Ａｓ０３逡逑的形式存在［９１。另外，研究表明天然水体中砷污染物的浓度范围在０．２－４００逡逑｜ｘｇ邋Ｌ＇１邋0逡逑１逡逑

形貌,络合机理,纳米粒子,铁氧化物

Ｘ射线光电子能谱（Ｘ－ｒａｙ邋Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ邋Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＸＰＳ）和延展Ｘ射线吸收逡逑精细结构（ＥｘｔｅｎｄｅｄＸ－ｒａｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＦｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＥＸＡＦＳ）等对邋Ａｓ（ＩＩＩ）和邋Ａｓ（Ｖ）逡逑在Ｆｅ３０４表面的络合机理进行分析，结果如图１．２所示。铁氧化物吸附剂表逡逑面羟基（－０Ｈ）进行质子化反应，形成水分子。随后发生配位体交换反应，即Ａｓ（ＩＩＩ）逡逑和Ａｓ（Ｖ）取代水分子。其中，Ａｓ（Ｖ）与铁氧化物多形成双齿络合物，即一个Ａｓ０４逡逑四面体与两个Ｆｅ０６正八面体相互作用。Ａｓ（ＩＩＩ）与铁氧化物主要形成三齿络合物，逡逑即一个Ａｓ０３与２到６个Ｆｅ０６正八面体相互作用。因此，水体中的Ａｓ（ＩＩＩ）和逡逑Ａｓ（Ｖ）在铁氧化物表面形成内层络合物从而吸附在其表面％，８６］。逡逑Ａｓ（Ｖ）逡逑Ａｓ（Ｖ）－＾＾ｉ＾ａｋ逦２０邋ｃｏｍｐ，ｅｘ逡逑：攎翁：逡逑图１．２Ａｓ（ＩＩＩ）和Ａｓ（Ｖ）在Ｆｅ３0４纳米粒子表面的络合机理图［８３］逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ａｓ（ＩＩＩ）邋ａｎｄ邋Ａｓ（Ｖ）邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ邋ｏｎ邋Ｆｅ３0４逡逑ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［８３］逡逑１．３．２铁氧化物的表面修饰逡逑对铁氧化物吸附剂的研究可大体分为两类：第一类是铁氧化物的形貌调控，逡逑９逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ424;X52

【参考文献】