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。     

超声提取-氢化物发生-原子荧光光谱法测定水系沉积物中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

在50℃条件下,使用4.8 mol/L HCl超声提取水系沉积物中的As,氢化物发生-原子荧光光谱法测定As(Ⅲ)和总As的含量,用差减法计算As(Ⅴ)的含量。实验了柠檬酸、柠檬酸钠、草酸、草酸钠、酒石酸和酒石酸钠对As(Ⅴ)的掩蔽效果,通过控制合适的介质酸度选择性地测定As(Ⅲ)。结果表明,柠檬酸钠掩蔽As(Ⅴ)的效果最佳,且As(Ⅲ)有较高的灵敏度;超声提取30 min,柠檬酸钠浓度为6 g/L,测定酸度为0.24 mol/L时可获得最佳测定效果,降低了测定时As(Ⅴ)对As(Ⅲ)产生的信号干扰。方法检出限为0.41μg/L,相对标准偏差为1.33%(n=11),标准曲线线性范围为1.5～250μg/L。As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的加标回收率分别为82.7%～95.3%和96.1%～107.6%。方法操作简便快速,准确度高,分析成本低,应用于水系沉积物中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的价态分析测定,获得了满意的结果,可满足大批量地质样品的分析要求。     

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.      

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。     

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.      

氢化物发生-原子荧光光谱法测定土壤中水溶态砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)

以氢气发生器为氩-氢火焰提供纯净、稳定的氢气,原子荧光光谱法测定土壤中水溶态和可交换态Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)已有应用,本研究进一步将此方法用于测定土壤样品中的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)。在0.3mol/L NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液中,采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定土壤中水溶态As(Ⅲ)和总砷的含量,通过差减法计算As(Ⅴ)的含量。实验考察了0.02～0.4 mol/L NaH2PO4-Na2HPO4对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)测定的影响,结果表明0.3 mol/L NaH2PO4-Na2HPO4可以有效掩蔽As(Ⅴ)。As(Ⅲ)的检出限为2.92 ng/g,总砷的检出限为2.35 ng/g;As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的加标回收率分别为96%～104%和101%～103%。本方法不再依靠化学反应产生氢气来点燃并维持氩氢火焰,可在发生氢化反应的任何介质中测定砷,且不需要考虑酸度问题。方法操作简便,准确度高,能满足大批量样品分析要求。     

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。     

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。     

As(Ⅴ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌混合培养物氧化性能的影响

通过对pH、Eh、溶液中Fe2+浓度的定期监测以及对实验结束时生成沉淀的XRD、SEM和元素能谱扫描等手段,对比研究了不同初始浓度的As(Ⅴ)对Fe2+的化学氧化和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)氧化的影响, 同时就As(Ⅴ)在实验体系中固液相之间的分配行为进行了分析.结果表明,Fe2+的化学氧化速率极低,最终氧化率低于8%,As(Ⅴ)的浓度对Fe2+的化学氧化没有影响.有A. ferrooxidans的实验体系,100 mg/L As(Ⅴ)对Fe2+的氧化具有一定的促进作用.当As(Ⅴ)浓度为500 mg～1 g/L时,Fe2+的氧化率在约60 h左右即可达到100%;但4g/L的As(Ⅴ)则会明显抑制Fe2+的氧化,Fe2+的完全氧化大约需要106 h.体系中初始的100 As/(As+S)(摩尔比)会对沉淀物的物相及结晶程度造成一定影响.As(Ⅴ)浓度为0 g/L时,微生物体系中生成的固体沉淀物黄钾铁矾的特征峰明显,随着As(Ⅴ)浓度的提高,沉淀物的结晶程度逐步下降,至4 g/L时沉淀物全部为无定形.元素能谱扫描检测到有大量的As(Ⅴ)存在于固体沉淀物中,表明在Fe2+的氧化过程中,As(Ⅴ)可能会以吸附或共沉淀的形式被固定在固相沉淀物中,这为酸性矿坑水(AMD)地区As(Ⅴ)污染的治理提供了重要的参考.     

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.     

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.     

涂铁石英砂去除水中As(Ⅴ)的实验研究

选择来源广泛的石英砂作为负载体,以Fe Cl3为原料,用加热蒸发法合成制备简便且易于过滤的新型材料——涂铁石英砂(IOCS)。合成的IOCS表面的铁氧化物以赤铁矿为主,含铁量为11.73%,比表面积较改性前提高12.2倍。IOCS对As(V)的吸附动力学实验和等温吸附实验结果显示其吸附As(V)平衡时间为80 min,对As(V)的最大吸附量为1.22 mg/g。吸附符合Lagergren准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,是表面吸附和共沉淀并存的过程。当初始As(V)浓度分别为0.1 mg/L、1 mg/L、5 mg/L,IOCS投加量与溶液中As(V)质量比分别为20000∶1和10000∶1时,在p H=6和p H=8.5两种条件下,IOCS对As(V)的平均去除率分别为86.10%和80.39%。     

氢化物发生—原子荧光光谱法测定地质样品中的锑(Ⅲ)和锑(Ⅴ)

提出了一种氢化物发生—原子荧光光谱法测定地质样品(水系沉积物)中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的方法.选取4.8 mol/L HC1为提取剂,采用超声波辅助提取,以6 g/mL柠檬酸钠作为Sb(Ⅴ)的掩蔽剂,在0.24 mol/L的HC1介质中选择性测定Sb(Ⅲ),用差减法求得Sb(Ⅴ).Sb(Ⅲ)的方法检出限为0.075×10-6,Sb(Ⅴ)的方法检出限为0.097×10-6.对40 ng/mL的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)分别连续测定11次,得到相对标准偏差分别为1.1％和0.64％.应用该方法对地质样品中的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)进行分析测定,并与王水溶解值相比较,该方法测定的总Sb提取率在80％以上,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的加标回收率分别为83％ ～ 107％和98％ ～ 114％.     

氢化物发生-原子荧光光谱法测定土壤中水溶态和可交换态锑(Ⅲ)和锑(Ⅴ)

在0.10 mol/L酒石酸介质中,采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定土壤中水溶态和可交换态Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)。以氢气发生器为氩-氢火焰提供氢气,明显降低了硼氢化钾浓度,改善了测定检出限。考察了酒石酸掩蔽Sb(Ⅴ)的量及共存干扰元素的允许量。方法检出限Sb(Ⅲ)为0.026 ng/L,总Sb为0.019 ng/L。加标回收试验表明,方法准确、可靠。     

两类矿物前体对As(Ⅲ)阴离子吸附机制的实验研究

通过两类矿物前体对A s(Ⅲ)阴离子的吸附反应的实验研究发现:这两类矿物前体在吸附反应过程中pH值均发生了明显变化,它们对A s(Ⅲ)的吸附均属于化学吸附。M g-A l-LDO从环境中获取阴离子以恢复重建LDH的结晶结构,并释放OH-使溶液pH升高;F e(OH)3凝胶改变了A s(Ⅲ)的络合配位数,同时产生H+离子,使溶液pH降低;M g-F e-LDO兼有二者的特点。在室温条件下,M g-A l-LDO和M g-F e-LDO对A s(Ⅲ)的吸附容量分别为83.2×1-0 3和87.45×1-0 3,而F e(OH)3凝胶为204.9×1-0 3。矿物前体对溶液中阴离子污染物的吸附能力大大高于对应的矿物,主要原因是它们的吸附机理不同,前者为化学吸附,而后者以物理吸附为主。     

溶解氧对零价铁去除水中六价铬的影响

六价铬Cr(Ⅵ)有巨毒性,对人类及生态环境有极大危害,运用纳米零价铁(nZVI)去除水中六价铬是一种快速高效的环境修复手段。前人的研究更多报道了pH值、温度、初始浓度等因素的影响,溶解氧(DO)的存在对于nZVI去除水体中Cr(Ⅵ)的作用却少有研究。在对比普通铁粉和纳米铁对六价铬去除的基础上,着重探讨了溶解氧(DO)对水中六价铬去除效果的影响及作用机制。批实验短期结果表明:由于纳米铁有较大的比表面积和更高的反应活性,导致nZVI的除Cr(Ⅵ)效率明显高于普通铁粉;溶解氧的存在促进了nZVI对Cr(Ⅵ)的去除,这是因为氧化作用产生较多的Fe2+,有利于Cr(Ⅵ)的去除,随着nZVI进一步氧化,产生的针铁矿、磁铁矿等铁氧化物能够进一步吸附Cr(Ⅵ),使得在有氧环境下Cr(Ⅵ)的去除效果好于无氧环境。     

纳米镍/铁去除氯代烃影响因素的探讨

氯代烃是地下水中最常检出的有机污染物之一,传统的处理方法去除率很低。近年来随着铁还原技术的发展,纳米铁和纳米双金属也成为一个活跃的研究领域。利用批实验的研究方法以四氯乙烯(PCE)和四氯化碳(CT)为目标污染物,研究纳米镍/铁在去除PCE过程中的影响因素。实验结果表明,在碱性条件下,纳米Ni/Fe对PCE脱氯速率比在酸性和中性条件下脱氯速率更快;纳米Ni/Fe对初始浓度为6·51mg/L的PCE溶液脱氯速率是对初始浓度为20·56mg/L的PCE溶液脱氯速率的1·8倍;对于氯代程度相同的CT和PCE,对CT的脱氯速率明显快于对PCE。     

硫化纳米零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的过程与机制

以连二亚硫酸钠为硫源,七水合硫酸亚铁为铁源,利用一步硫化法制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),并用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等,研究S-nZVI表面形貌及元素化学形态等关键特性;以Cr(Ⅵ)为目标污染物,考察溶液初始pH值、材料投加量和Cr(Ⅵ)的初始浓度对去除效果的影响,分析S-nZVI去除Cr(Ⅵ)的机理。表征结果表明,S-nZVI是Fe(0)和FeS共存的材料,且以Fe(0)为主,其饱和磁场强度为83.5 emu/g。溶液初始pH值、材料投加量能影响S-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除。当投加量为0.5 g/L、pH值为2、Cr(Ⅵ)初始浓度为20 mg/L时,在5 min内可以达到反应平衡,去除率可达98%。S-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除符合准二级动力学方程,去除机理包括吸附、还原与共沉淀等作用。     

羧甲基纤维素稳定纳米铁去除水中六价铬的研究

零价纳米铁(NZVI)具有较高活性,近年受到人们关注并将其应用于地下水污染原位修复,但在实际应用中NZVI易发生氧化与团聚,容易失活。因此尝试运用环境友好型材料对NZVI进行表面改性,选择羧甲基纤维素(CMC)对纳米铁进行表面包覆获得CNZVI,研究不同CMC含量包覆NZVI的分散稳定性和CNZVI对水中六价铬的去除效果。结果表明：经过改性后的CNZVI分散稳定性要明显优于商用纳米铁RNIP,包覆CMC的比例越高,CNZVI的稳定性越好,在较高的CMC包覆比例下,纳米铁不易失活并具有良好的反应活性,对溶液中六价铬有很好的去除效果。     

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。