載鐵（β-FeOOH）球形棉纖維素吸附劑去除地下水As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的研究.pdf

1、砷是最毒的元素之一，各種水體中砷的污染已經(jīng)引起人們廣泛的關(guān)注。我國(guó)的新疆、內(nèi)蒙、山西和臺(tái)灣等省和地區(qū)地下水砷含量嚴(yán)重超標(biāo)。WHO推薦飲用水砷的最高允許濃度從原來(lái)的50μg·L-1降至10μg·L-1，更為嚴(yán)格的砷衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的頒布，對(duì)作飲用水源的地下水的砷去除工藝提出了更高的要求。吸附法除砷比膜法、混凝法和離子交換法更安全、簡(jiǎn)便，是砷去除工藝中最有效的方法之一。 首先，利用實(shí)驗(yàn)室制備的球形棉纖維素作吸附載體，從吸附劑的制備成本、載

2、入鐵的晶體形態(tài)和對(duì)砷的吸附容量等方面，比較了醋酸緩沖液載鐵法和堿水解載鐵法，選擇后者并合成了載鐵(β-FeOOH)球形棉纖維素吸附劑。吸附劑具有極大的載鐵容量，飽和載鐵量可高達(dá)50％。吸附劑活性組分的為正方纖鐵礦(Akaganeite-M，β-FeOOH)，對(duì)砷具有高而穩(wěn)定的吸附活性，且室溫下浸泡長(zhǎng)時(shí)間后晶體形態(tài)仍保持穩(wěn)定。所載入的β-FeOOH晶體顆粒的粒徑為準(zhǔn)納米級(jí)的超細(xì)顆粒。吸附劑的制備方法新穎、簡(jiǎn)單、成本低廉。吸附劑呈完好的球珠

3、狀，粒徑為20-60目，具有理想的硬度和耐磨性能。 其次，通過(guò)測(cè)定不同鐵含量的載鐵(β-FeOOH)球形棉纖維素吸附劑對(duì)As(V)和As(Ⅲ)的吸附等溫曲線，并選取含量為220mg·mL-1的吸附劑，研究了吸附劑對(duì)As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附動(dòng)力學(xué)，pH和干擾離子等的去除影響，以及一定條件下的靜態(tài)再生。通過(guò)測(cè)定吸附等溫曲線并經(jīng)擬合，表明langmuir和Freundlich方程可以較好的表述吸附劑對(duì)As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附

4、。每mL吸附劑對(duì)As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的最大吸附量隨著吸附劑載鐵量的升高而增加。當(dāng)載鐵量從33.5mg·mL-1增至220mg·mL-1時(shí)，鐵保持了較高的吸附活性，對(duì)As(V)和As(Ⅲ)的最大吸附量分別從1.56和9.43mg·mL-1升高到15.6和46.8mg·mL-1。吸附劑對(duì)As(V)和As(Ⅲ)的吸附去除符合Lagergren二級(jí)方程。在7.5mg·L-1和30mg·L-12個(gè)初始濃度下，As(V)起始吸附速率分別為0.40

5、5和7.58mg·mL-1·-h1，10h后達(dá)到平衡。而同等條件下As(Ⅲ)的起始吸附速率顯著高于As(V)，分別為2.43和11.9mg·mL-1·h-1，4h后達(dá)到平衡。溶液中SO42-不影響As(V)和As(Ⅲ)的去除，而PO43-對(duì)As(V)和As(Ⅲ)的吸附有顯著影響。SiO32-對(duì)As(Ⅲ)的去除有一定影響，但對(duì)As(Ⅴ)的影響不顯著。一定條件下靜態(tài)洗脫再生三次，As(V)和As(Ⅲ)的總洗脫率為93～95％。 第

6、三，用去離子水和實(shí)際地下水為背景，測(cè)定了載鐵(β-FeOOH)球形棉纖維素吸附劑填充于固定床吸附柱中對(duì)As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除效果。吸附劑對(duì)As(Ⅲ)和As(V)均有高的穿透容量，且對(duì)As(Ⅲ)的去除效果比As(V)好，和地下水三價(jià)砷和五價(jià)砷的分布比例相吻合，是一種適宜去除地下水砷的新型吸附劑。采用含砷為500μg·L-1的地下水為柱實(shí)驗(yàn)進(jìn)水，空床接觸時(shí)間分別為4.2和5.9min時(shí)，按照WHO推薦的新衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(10μg·L-1)，

7、吸附劑去除As(Ⅲ)和As(V)的穿透體積分別高達(dá)2200BV和5000BV。采用含As(Ⅲ)和As(V)各為250μg·L-1的地下水為柱實(shí)驗(yàn)進(jìn)水(總砷為500μg·L-1)，空床接觸時(shí)間5.0-5.2min時(shí)，按照現(xiàn)行中國(guó)飲用水砷最高允許濃度50μg·L-1的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，三次過(guò)柱穿透點(diǎn)的出水體積分別達(dá)7000、6000和6700BV。再生吸附實(shí)驗(yàn)表明，吸附劑具有良好的再生效果。再生和柱實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鐵的形態(tài)和含量保持穩(wěn)定，表明吸附劑可以多

8、次重復(fù)使用。 第四，通過(guò)測(cè)量載鐵(β-FeOOH)球形棉纖維素吸附砷后的擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(EXAFS)圖譜，探討了吸附劑的活性組分四方纖鐵礦對(duì)砷的吸附機(jī)理。通過(guò)比較砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和吸附劑中砷的As-O配位，表明載鐵棉纖維素吸附溶液中的砷后，砷的氧化還原價(jià)態(tài)沒(méi)有改變。As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均以內(nèi)配位方式與吸附劑活性組分結(jié)合，且砷(Ⅴ,Ⅲ)氧四面體和鐵氧八面體都是以雙齒雙核角配位(bidenatebinuclearcorner-

9、sharing,2C)為主要配位方式，在β-FeOOH表面結(jié)合，鍵長(zhǎng)分別為3.26～3.28A和3.3～3.4A。As(V)的第二配位鍵長(zhǎng)為2.80～2.84A，表明吸附在吸附劑活性組分β-FeOOH表面的少部分砷酸根離子(或其共軛酸)，其砷氧四面體(AsO4)與鐵氧八面體(FeO6)存在雙齒單核邊配位(bidenatemononuclearedge-sharing，2E)的結(jié)合方式。與As(Ⅴ)不同的是，從As(Ⅲ)的擬合結(jié)果中，沒(méi)有