阴离子粘土吸附 As(Ⅴ)的动力学研究

利用共沉淀水热法制备镁铝阴离子粘土材料,研究了其吸附水中As(Ⅴ)的动力学。结果表明,在初始浓度为20.42～60.88mg/L及温度为298～323K的范围内,阴离子粘土对水中As(Ⅴ)的吸附动力学数据均符合拟二级速率方程。吸附表观活化能为14.40kJ/mol,说明温度对此吸附的影响并不显著。     

纳米铁去除饮用水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

在好氧水体中,As(Ⅲ)比As(Ⅴ)更易迁移,而且在水处理过程中去除效率更低。在实验室合成制得BET比表面积为49.16 m2/g,直径范围为20~40 nm的纳米铁。通过批试验考察纳米铁对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除能力及其反应动力学情况。结果表明,在pH为7,温度20℃时纳米铁能够快速地去除As(Ⅲ)和As(Ⅴ),在60 m in内,0.25 g纳米铁对起始浓度为968.6μg/L As(Ⅲ)和828.9μg/L As(Ⅴ)的去除率大于99.5%。反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)比表面积速率常数kSA分别为1.30 mL/(m2.m in)和1.64 mL/(m2.m in)。由实验结果可知,具有高反应活性的纳米铁是用于含砷饮用水处理非常有效的吸附材料。     

针铁矿及其前体吸附亚砷酸根离子的反应及预处理方法的影响

观察了针铁矿及其前体对溶液中亚砷酸根离子的吸附过程和吸附性能。3种吸附剂分别为氢氧化铁凝胶、经微波真空干燥的凝胶和80℃烘干的凝胶,它们均转变成了针铁矿。氢氧化铁凝胶与亚砷酸钠溶液混和后,溶液的pH值在6min内从9.71上升到10.36,原因是亚砷酸根离子置换了针铁矿和氢氧化铁中的氢氧根;40min后开始持续下降,和亚砷酸根离子与吸附剂之间的缩合反应有关。pH值的转折点并不意味着吸附反应的结束,但代表了反应类型的转变。这两种类型的反应受温度和气体溶解组分的影响不大。吸附剂经超声波处理后,改善了其在介质中的分散性,吸附效率因此普遍提高,但也造成了固体微粒难以分离的问题。经真空微波处理的凝胶对砷阴离子的吸附率优于另外两种吸附剂,去除率分别提高了53.18%和17.22%。其主要原因可能是凝胶中的水分子在微波辐射场作用下的高频振动,使其内部在干燥脱水过程中保持了较高的孔隙度;此外,吸附剂的表面活性在微波处理过程中亦有可能得到了改善。     

纳米锌去除水体中As(Ⅲ)吸附动力学和影响因素

As(Ⅲ)毒性高,易迁移,且是厌氧条件下地下水中主要存在形式。纳米铁颗粒在含砷水体处理中受到广泛关注,而锌具有比铁更低的氧化还原电位且更易保存,被认为是用于氯代有机化合物还原的最佳金属,但有关纳米锌用于水体中砷的研究很少。本文研究了纳米锌吸附As(Ⅲ)的反应动力学性质和吸附As(Ⅲ)的主要影响因素。通过应用准一级动力学、准二级动力学和粒内扩散三种模型对吸附过程进行模拟,结果显示纳米锌吸附As(Ⅲ)的过程更符合二级反应动力学模型,速率常数k₂为0.18 g/(mg·min),吸附量为0.47 mg/g,且去除机理以化学吸附为主。批实验结果表明,纳米锌对As(Ⅲ)吸附最佳条件为:振荡时间120 min,纳米锌投加量2.5 g/L,pH值2~7。在最佳实验条件下,纳米锌对起始浓度为0.565 mg/L As(Ⅲ)和0.568 mg/L As(Ⅴ)进行吸附试验,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率均能达到99.5%以上,表明纳米锌对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)都有很好的去除效果,可作为处理水体中砷的吸附材料之一。以纳米锌作为吸附材料与传统方法相比,并不需要将As(Ⅲ)预氧化成As(Ⅴ),在实际应用中可简化水处理程序,节约处理成本。     

阴离子粘土吸附As（V）的动力学研究

利用共沉淀水热法制备镁铝阴离子粘土材料，研究了其吸附水中As（V）的动力学。结果表明，在初始浓度为20．42—60．88mg／L及温度为298—323K的范围内，阴离子粘土对水中As（V）的吸附动力学数据均符合拟二级速率方程。吸附表观活化能为14．40kJ／mol，说明温度对此吸附的影响并不显著。     

流速及介质粒径对As(Ⅲ)迁移影响的实验研究

为了解潜流带中地下水流速和介质颗粒对As（Ⅲ）迁移的影响,选用天然河砂为介质,配制地下水含As（Ⅲ）模拟液,开展室内批实验和动态柱实验并进行表征分析,探讨流速和介质粒径对As（Ⅲ）迁移的影响及机制.结果发现：（1）粒径越小的河砂与As（Ⅲ）相互作用平衡时间越长,As（Ⅲ）的单位吸附量（Qe）随着河砂粒径的增大而减小（0.15～0.18 mm的粒径河砂除外）,单层最大吸附量（Qm）随着粒径的增大呈减小趋势;（2）As（Ⅲ）在河砂上的迁移行为表现出明显的粒径和流速效应;一方面,河砂粒径越小,比表面积越大,增加了水-砂相互作用时间和限制了地下水冲洗速度,不利于As（Ⅲ）在河砂中的迁移;另一方面,流速越大导致空隙通道内的水力剪切力增强,紊流强度的提高减小了滞留边界层厚度,利于As（Ⅲ）在河砂中的迁移.     

电气石吸附Cu2+,As(Ⅲ),F-影响因素及机理研究

以新疆电气石为原料,通过原子荧光光谱仪、原子吸收分光光度研究电气石的不同粒度、用量、吸附时间、热处理温度等对水中Cu2 ,As(Ⅲ)吸附的影响;进而探讨分析电气石的吸附机理。研究结果表明:(1)电气石对Cu2 ,As(Ⅲ),F-离子的去除率随着电气石粒径的减小而增加。随着电气石用量的增加,去除率逐渐提高,增至一定值后下降。热处理温度为300℃,500℃时,可提高电气石吸附Cu2 ,As(Ⅲ)的效率。加热预处理未改善电气石对F-离子吸附能力。(2)电气石对带电性质不同的阴、阳离子都具有较好的吸附作用。电气石的极性和表面性质使其对离子可能存在络合吸附和静电吸附两种形式。电气石对Cu2 ,As(Ⅲ)吸附为表面络合吸附与静电吸附共同作用,吸附效果好。对F-吸附只存在静电吸附,吸附效果差。     

黄土去除水中Cr(Ⅲ)过程中表面矿物特征变化

以山西太原市郊的黄土为研究对象,综合运用环境扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)等技术,系统地研究了黄土在与水中Cr(Ⅲ)相互作用前后的表面矿物特征变化。研究认为:黄土对水中Cr(Ⅲ)有着很强的去除能力,黄土表面特征对水中Cr(Ⅲ)具有控制作用,突出表现为能谱图中的Ca峰的消失以及能谱图Fe峰与Cr锋的正相关变化。     

不同氧化度碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ) 的动力学特性

用批量法研究了Mn平均氧化度分别为4.02、3.85和3.70的碱性水钠锰矿对As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)氧化的动力学特性。结果表明,碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)先经历准一级动力学反应阶段,随后表观速率常数(k_obs)逐渐减小至趋近零,达到反应平衡,k_obs逐渐减小除了逆反应影响外,还与产物在矿物表面不断积累,钝化反应位点有关。初始反应阶段k_obs随氧化度增加而增大,氧化As(Ⅲ)的k_obs分别为: 0.095 1、0.039 6和0.007 1 min^-1;氧化Cr(Ⅲ)的k_obs分别为0.034 2、0.017 8和0.014 8 min^-1。氧化As(Ⅲ)的初始反应阶段生成的Mn(Ⅱ)基本保留在矿物表面,对反应位点钝化大,使k_obs减小速度快。而Cr(Ⅲ) 氧化初始阶段,Mn(Ⅱ)释放明显滞后于Cr(Ⅵ)释放,但随反应进行逐渐增加,与Cr(Ⅵ)释放量比值接近于反应计量比。故Cr(Ⅲ) 氧化生成Mn(Ⅱ)对位点的钝化远小于As(Ⅲ)氧化,其初始反应阶段后k_obs减小速度较慢,且氧化度越高,保持一级动力学的初始反应阶段越长,k_obs减小越慢。因此,水钠锰矿的Mn氧化度越高,氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)的反应速率越快,As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)在碱性水钠锰矿表面氧化产物的释放行为是影响其反应动力学特性的重要因素。     

氨基膦酸树脂对镥(Ⅲ)的吸附性能

考查介质pH、温度、吸附时间、树脂量等因素对吸附过程的影响。实验结果表明:氨基膦酸树脂(APAR)对镥(Ⅲ)的吸附在pH=5.64的HAc-NaAc的缓冲溶液中为最佳。25℃时静态饱和吸附量为330.5 mg/g(树脂)。用0.5 mol/L的HC l溶液作为解析剂,解析率为95.4%;氨基膦酸树脂对镥(Ⅲ)的表观吸附活化能Ea=37.3 kJ/mol,表观吸附速率常数k298=2.47×10-5-s1,测得热力学参数分别为ΔH=7.86 kJ/mol,ΔG=-4.42 kJ/mol,ΔS=42.5 Jmo-l1K-1,等温吸附服从Freundlich经验式。树脂功能基与镥(Ⅲ)的配位比约为2∶1。     

N2气氛下煅烧的黄铁矿对As(Ⅲ)的吸附作用

微量As(Ⅲ)是水中较难去除的毒性物质,天然黄铁矿对水中As(Ⅲ)的去除能力低于磁黄铁矿.将黄铁矿在氮气下高温煅烧使其转变为由磁黄铁矿构成的多孔结构化材料,具有较高的比表面积和表面化学反应活性,在地下水As(Ⅲ)去除方面具有潜在的应用前景.考察了煅烧温度、煅烧时间、pH值以及溶解氧对去除水中As(Ⅲ)的影响.结果表明黄铁矿煅烧生成的单斜磁黄铁矿对As(Ⅲ)具有最佳去除效果,最佳煅烧条件为600℃煅烧1 h;在水溶液有溶解氧条件下煅烧黄铁矿去除As(Ⅲ)的适宜p H值范围较宽(4~10),而在水溶液缺少溶解氧条件下适宜pH值则变为7~10;煅烧黄铁矿在有氧水溶液中对As(Ⅲ)的吸附比缺氧水溶液中的吸附效果好.     

纳米铁对地下水中As(III)的吸附动力学

实验室合成制得的纳米铁BET比表面积为49.16 m2/g, 直径范围为20~40 nm.通过批实验考察纳米铁对As(Ⅲ)吸附动力学情况.结果表明, 在20℃、pH为7时, 纳米铁能够快速地去除As(Ⅲ), 在60 min内, 0.1 g纳米铁对起始浓度为910 μg/L溶液As(Ⅲ)去除率大于99%.反应遵循准一级反应动力学方程, 标准化后的As(Ⅲ)速率常数k_SA为2.6 mL/(m2·min).纳米铁对As(Ⅲ)的吸附等温曲线能够很好地满足Langmuir和Freundlich方程, 相关系数R2＞0.95, 由Langmuir模型获得单层纳米铁的最大吸附量为76.3 mg/g.0.1 mol/L NaOH对吸附在纳米零价铁(NZVI)的As(Ⅲ)解吸率为21%.在竞争阴离子中, SiO₃2-和H₂PO₄-对As(Ⅲ)的去除有明显阻碍作用, 而其他离子基本上没有影响.纳米铁对As(Ⅲ)的去除机理主要是吸附和共沉淀.      

D301R树脂吸附金(Ⅲ)的实验

研究了D301R树脂对金(Ⅲ)的吸附性能及其机理,测得在HAc-NaAc体系中pH=3.47时为最佳吸附条件。在298 K的温度下,pH=3.47的HAc-NaAc缓冲体系中树脂对金(Ⅲ)的静态饱和吸附容量为828.36 mg/g;测得吸附热力学参数分别为:ΔH=16.77 kJ/mol,ΔS=59.36J/mol K,ΔG298=-919.28 J/mol;吸附速率常数k298=2.17×10-5s-1,吸附活化能Ea=9.43 kJ/mol;用20%硫脲的丙酮溶液和6 mol/L的HCl溶液以1∶1混合洗脱,洗脱率达到95%以上;等温吸附曲线能很好地遵循Freundlich曲线;树脂的功能基与金(Ⅲ)的配位比接近1∶1。     

TBP纤维棉对铁(Ⅲ)的吸附性能及其应用研究

以研究TBP（磷酸三丁酯）纤维棉对铁（Ⅲ）的吸附性能为基础，探究吸附和解吸的最佳条件：在实验所选择的条件下，TBP纤维棉对铁（Ⅲ）的吸附速度快，吸附性能强，吸附完全，并有选择性高，易于解吸，洗脱体积小等优点，应用于硅酸盐产品、地质样品中铁的分离、富集与测定，得到了满意的结果。     

C-800氨基羧酸树脂对铬(Ⅲ)的吸附性能研究

研究了C-800树脂对Cr(Ⅲ)离子的吸附性能。结果表明,在pH=4.0时树脂对Cr(Ⅲ)的吸附效果最佳,等温吸附服从Freundlich经验式,静态饱和吸附容量为212.4 mg/g,吸附反应的表观活化能Ea=27.1 kJ/mol,热力学函数ΔH=7.39 kJ/mol,ΔG298=-2.65 kJ/mol。用2 mol/L盐酸溶液能定量洗脱。树脂功能基上的N与Cr(Ⅲ)发生配位键合,配位摩尔比为2:3。     

常见阴离子配位体对土壤吸附铜的干扰规律研究

土壤对重金属离子的吸附容量明显受阴离子配位体的影响。本文通过试验探讨了Cl~(-),SOi_4~(2-)HCO_3~(-)阴离子在不同的pH值条件下,分别对土壤吸附铜的干扰规律。运用反求吸附参数法评价了不同阴离子对铜吸附量的干扰程度,论证了土壤与地下水之间元素迁移的规律。     

几种氧化锰矿物对As(Ⅲ)的氧化特性及针铁矿的影响

用化学分析、氧化还原平衡、X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)等方法与技术研究了水钠锰矿、钙锰矿和黑锰矿等三种不同结构类型的氧化锰矿物对As(Ⅲ)的氧化特性,及针铁矿对上述氧化的影响。结果表明:三种氧化锰矿物对As(Ⅲ)的氧化能力差异较大,氧化能力受矿物组成、结晶度和表面性质等因素影响。水钠锰矿的氧化能力最强,其次是钙锰矿。低价矿物黑锰矿的氧化能力最弱,但其氧化过程释放Mn2+的量比水钠锰和钙锰矿的均高。对As(Ⅲ)的最大氧化量大小顺序为:水钠锰矿(480.4mmol/kg)>钙锰矿(279.6mmol/kg)>黑锰矿(117.9mmol/kg)。体系中存在针铁…     

聚合氯化铝铁中Al(Ⅲ)对Fe(Ⅲ)稳定性的保护作用

对以NaOH为碱化剂合成的聚合氯化铝铁(PAFC)及其合成前体聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)的低温干燥胶体进行了表征。红外光谱证实PAFC中存在Fe-O-HAl基团;X射线衍射结果证实了PAFC中有着与PAC、PFC不同形态的Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)羟基配合物,这些Fe-Al羟合异核多核共聚物是长程无序的;扫描电镜能谱分析表明:短程有序的Al-OH-Fe羟合物在Fe(Ⅲ)、Al(Ⅲ)继续水解的过程中与它们一起随机排列,形成长程无序的Fe-Al羟合异核多核共聚物无定形胶体。Al(Ⅲ)对Fe(Ⅲ)的保护作用包括三个方面:Al(Ⅲ)对Fe(Ⅲ)的水解有催化作用,使Fe(Ⅲ)形成更多细微的结晶中心而不是相互聚集生成较大的结晶;大量Al(Ⅲ)的存在使Fe(Ⅲ)羟合物之间的碰撞受到制约,相当于降低了Fe(Ⅲ)的有效浓度,延缓了Fe(Ⅲ)的迅速水解;大量短程有序的Al-OH-Fe羟合物的存在破坏了Al13相及-βFeOOH相的生成环境,有效地保护了Fe(Ⅲ)胶团并使它们在水溶液中的稳定时间大大增加。     

Fe(Ⅲ)供应速率对无定型施氏矿物形成的影响

施氏矿物(schwertmannite)已被证实是一种具特异性能的重(类)金属吸附新材料。但在直接由Fe3+或用强氧化剂氧化Fe2+合成该矿物时,常因夹有黄铁矾类物质而降低产品纯度。通过模拟FeSO4-K2SO4-H2O临界成矾体系,发现在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)作用下存在无定型施氏矿物和晶型黄钾铁矾的合成反应竞争,其中Fe3+供应速率是一个影响铁矿物形成的重要因素,较低的Fe3+供应可以抑制K+的利用,这种变化趋势对无定型施氏矿物合成是有利的。当存在少量K+等成矾导向离子时,可通过合理调低Fe3+供应速率,有利于溶液中Fe3+平缓释放,改善施氏矿物纯度,这为A.ferroxidans菌生物法中直接使用无机盐培养基合成施氏矿物提供了可能。     

FeS胶体对三价铁吸附态As(Ⅴ)的解吸作用

地下水中的含铁胶体颗粒会携带污染物如砷等运移,但人们对该过程中的机理缺乏认识.通过群组静态吸附解吸模拟实验, 探究FeS胶体对吸附在覆Fe₂O₃石英砂上As(Ⅴ)的解吸作用, 以及腐殖酸(HA)、H₂PO₄-和HCO₃-对解吸的影响.实验结果表明,室内合成的FeS胶体具有纳米级粒径和较大的比表面积,且能均匀稳定存在于水溶液中.低浓度的FeS胶体主要通过竞争覆Fe₂O₃石英砂表面的吸附点位将As(Ⅴ)解吸,而高浓度的FeS胶体主要通过与覆Fe₂O₃石英砂竞争对As(Ⅴ)的吸附而导致解吸.HA、H₂PO₄-和HCO₃-对As(Ⅴ)的竞争解吸作用降低了FeS胶体导致的解吸效率.