针铁矿-高岭石复合体的表面性质和吸附氟的特性

采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外(FT-IR)光谱、质子电位滴定、比表面及微孔分析等方法对针铁矿、高岭石及其复合体的基本性质进行了表征;研究了供试样品对氟的吸附容量及吸附模型.结果表明,在悬浮液体系中,针铁矿可包被在高岭石表面形成二元复合体.复合体的孔径主要分布在0.42 nm和0.61 nm左右,BET表面积为34.08 m2/g,表面分形度D=2.726,质子电荷零点(pHPZNPC)位于5.50～6.50间.初始pH=6.00时,针铁矿对氟的吸附容量(qmax)为4.506 mg/g,高岭石的吸附容量为0.608 mg/g,复合体的吸附容量为3.520 mg/g.用Langmuir和Freundlich方程拟合了针铁矿、高岭石及复合体对氟的等温吸附数据,其中Langmuir方程拟合的相关系数(R2)分别为0.964、0.991和0.799,Freundlich方程拟合的相关系数分别为0.925、0.886和0.995.3种矿物吸附氟的主要机制有阴离子配体交换、表面配位和静电作用;此外,"F-键桥"对复合体吸附氟也有重要贡献.与2种单体的平均值比较,针铁矿-高岭石复合体的孔体积和孔径分布无明显变化,比表面积和表面分形度增加,表面羟基含量和质子电荷量减少,吸附氟的能力增强.针铁矿和高岭石单体对氟的吸附属于单层吸附模式,适合用Langmuir方程拟合;多层吸附模型Freundlich方程可很好地描述复合体对氟的吸附.     

富里酸对针铁矿吸附Cr(Ⅵ)的影响机理

为研究复杂三元体系中FA(fulvic acid,富里酸)对针铁矿吸附Cr(Ⅵ)的影响,探究FA对重金属Cr(Ⅵ)在环境中迁移转化的作用机理,通过改变FA的添加顺序及添加量,系统研究了FA存在时Cr(Ⅵ)在针铁矿上的吸附行为.结果表明:不添加FA时,离子强度增大促进了针铁矿对Cr(Ⅵ)的吸附;ρ(FA)为50 mg/L时,离子强度增加会抑制针铁矿对Cr(Ⅵ)的吸附.pH为6.98、离子强度为1.0 mol/L时,针铁矿对Cr(Ⅵ)的吸附量比不添加FA时高11.0%.pH为2.98时,添加FA后针铁矿对Cr(Ⅵ)的吸附量最大,比不添加FA时高31.9%.无论是否添加FA,升温均有利于针铁矿对Cr(Ⅵ)吸附,其吸附机理可能是氢键、偶极间力等作用.FA的添加顺序对Cr(Ⅵ)吸附量的影响表现为后添加FA>先添加FA>同时添加FA>对照.研究显示,FA的存在能显著改变针铁矿对Cr(Ⅵ)的吸附行为.      

Effect of ionic strength on adsorption of As（Ⅲ） and As（Ⅴ） on variable charge soils

The study was to investigate the adsorption behavior of arsenite (As(Ⅲ)) and arsenate (As(Ⅴ)) on two variable charge soils, i.e., Haplic Acrisol and Rhodic Ferralsol at different ionic strengths and pH with batch methods. Results indicated that the amount of As(Ⅲ) adsorbed by these two soils increased with increasing solution pH, whereas it decreased with increasing ionic strength under the acidic condition. This suggested that As(Ⅲ) was mainly adsorbed on soil positive charge sites through electrostatic attraction under the acidic condition. Moreover, intersects of As(Ⅴ) adsorption-pH curves at different ionic strengths (a characteristic pH) are obtained for both soils. It was noted that above this pH, the adsorption of As(Ⅴ) was increased with increasing ionic strength, whereas below it the reverse trend was true. Precisely the intersect pH was 3.6 for Haplic Acrisol and 4.5 for Rhodic Ferralsol, which was near the values of PZSE (soil point of zero salt effect) of these soils. The effects of ionic strength and pH on arsenate adsorption by these soils were interpreted by the adsorption model. The results of zeta potential suggested that the potential in adsorption plane becomes less negative with increasing ionic strength above soil PZSE and decreases with increasing ionic strength below soil PZSE. These results further supported the hypothesis of the adsorption model that the potential in the adsorption plane changes with ionic strength with an opposite trend to surface charge of the soils. Therefore, the change of the potential in the adsorption plane was mainly responsible for the change of arsenate adsorption induced by ionic strength on variable charge soils.     

十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在合成针铁矿表面的吸附特征

为了探究十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在水合针铁矿(α-FeOOH)表面的吸附过程和机理,在不同pH值、离子强度以及温度下采用批处理法研究了针铁矿对BS-12的吸附特征;并对BS-12在针铁矿表面的吸附机制进行了探讨.研究结果表明:针铁矿对BS-12的吸附平衡时间约为8 h,吸附过程符合伪二级动力学模型,吸附速率受化学吸附机理控制.Freundlich等温吸附模型能较好地描述针铁矿对BS-12的吸附,pH值对针铁矿吸附BS-12影响显著,主要取决于针铁矿的电荷零点和BS-12的等电点;离子强度的增加对BS-12的吸附有促进作用;温度的升高促进BS-12的吸附.热力学参数结果表明,针铁矿对BS-12的吸附是一个具有熵增和焓增特征的自发性吸热过程.BS-12在针铁矿表面的吸附是一个较慢发生的吸热的化学吸附的过程,主要吸附机制为化学键作用和疏水结合模式.     

复合吸附材料TLA的制备及其砷氟共除性能的研究

以硫酸钛、硝酸镧和活性炭为原料,制备了新型的TLA复合吸附剂.比较了TLA和活性氧化铝除砷除氟吸附等温线、吸附动力学和pH对除砷除氟效果的影响;通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对吸附剂进行了表征,并对吸附机理进行了探讨.结果表明,TLA对砷氟的吸附容量显著优于活性氧化铝.在pH为7,砷氟单独存在时,TLA对砷和氟的Langmuir吸附容量分别是30.3mg.g-1和27.8mg.g-1;当砷氟共存时,TLA对砷和氟的Langmuir吸附容量分别是25.1mg.g-1和17.0mg.g-1.TLA对砷、氟的吸附符合拟二级动力学方程.溶液pH值显著影响砷、氟去除效果.电荷分布多位络合模型(Charge-distribution multisite complexation model,CDMUSIC)能准确模拟砷、氟的吸附行为.     

不同{021}/{110}晶面暴露比针铁矿对As(Ⅴ)吸附特性的研究

为探究针铁矿不同晶面对As(Ⅴ)的吸附能力,该研究制备两种具有不同比例{021}/{110}晶面的针铁矿,利用XRD、FTIR、N₂吸附脱附等温线、SEM、TEM等技术表征材料的晶体结构、比表面积和表面形貌等情况. 通过等温吸附和吸附动力学试验,研究不同初始As(Ⅴ)浓度、pH和竞争阴离子影响下,两种针铁矿吸附As(Ⅴ)的差异性. 结果表明:①制备的针铁矿Goe-A和Goe-B均为高纯针铁矿,Goe-A和Goe-B的比表面积分别为92.76和46.78 m2/g. ②As(Ⅴ)在针铁矿表面的吸附更符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,表明吸附是以多层吸附和化学吸附为主;经比表面积归一化后,发现含有更高比例{021}/{110}晶面的Goe-B表面拥有更好的吸附性能,在pH=4时吸附量达到0.304 mg/m2,是Goe-A的1.57倍. ③pH会影响针铁矿的吸附,吸附量随着pH的增加而降低,而在碱性条件下Goe-B表现出更强的吸附能力. 随As(Ⅴ)浓度的增加,大量配体吸附引起的点位竞争效应大于pH变化引起的静电力作用. ④吸附前后XRD的变化表明,As(Ⅴ)主要吸附在针铁矿表面,而不是结合到针铁矿的晶体结构中;而FTIR和XPS分析发现,As(Ⅴ)通过与Fe—OH配体交换形成了新的络合物(Fe—O—As)吸附在针铁矿表面. 研究显示,含有更高比例{021}/{110}晶面的针铁矿表现出更强的吸附性能,是修复环境砷污染的理想吸附剂.      

环境因素对针铁矿光解泰乐菌素的影响

为了正确评估抗生素的环境风险,了解抗生素在水环境中自然光转化的规律,考察了抗生素的初始浓度、pH值、离子强度及腐殖酸对针铁矿光降解泰乐菌素的影响.结果表明:针铁矿光解泰乐菌素的速率随着溶液pH值的增加先减小再增加,而与泰乐菌素的初始浓度及离子强度成反比;同时,腐殖酸的存在有助于光解作用,而且腐殖酸的浓度越高,泰乐菌素的光解速率越快.泰乐菌素在针铁矿上的光解作用可能包括溶液中的均相反应和针铁矿表面的异相反应两个过程.在评估抗生素的环境风险时,应当综合考虑环境因素对其转化过程的影响.     

草酸盐介导下含As(V)黄钾铁矾的相转化过程与As(V)的再分配行为

黄钾铁矾能够通过吸附和共沉淀作用固定酸性矿山废水（AMD）中的重（类）金属（如砷）,降低其迁移性和生物可利用性.草酸盐广泛存在于天然水环境中,其具有的羧酸官能团能改变铁矿物的稳定性,进而影响吸持的重（类）金属的再分配行为.利用水热法合成含As（V）黄钾铁矾,探究其在不同草酸盐浓度与pH条件下的溶解、重结晶和共沉淀As（V）的行为.研究结果表明,草酸盐与含As（V）黄钾铁矾表面Fe（III）活性位点配位形成的可溶性强络合物是促进矿物溶解的第一步和关键;在pH 2.5时,含As（V）黄钾铁矾的溶解速率随草酸盐浓度增加而增加,伴随大量As（V）释放到溶液,反应过程中只有少量As（V）重新吸附到固相上,这是由于草酸盐与As（V）竞争矿物表面的同一活性位点;在pH 6.5条件下,草酸盐促进含As（V）黄钾铁矾的重结晶,经X射线衍射分析表明针铁矿和纤铁矿为主要产物,能有效地吸附释放的As（V）.研究结果有助于揭示在AMD环境下黄钾铁矾沉积物与含羧酸官能团有机酸共存时对As（V）的释放和固定机理,对AMD环境中As（V）污染控制有重要意义.     

铝改性粉煤灰漂珠吸附水溶液中砷的性能研究

采用湿法与干法相结合的方法合成铝改性粉煤灰漂珠环境材料,借助静态吸附实验研究吸附剂量、pH值、离子强度、共存离子、反应时间和温度对其吸附水溶液中砷性能的影响,并进行吸附等温线和动力学拟合.结果表明:铝改性粉煤灰漂珠吸附水中As(V)的最佳pH值范围为中性偏酸;混合离子和H2PO4-对As(V)的吸附影响较大,CO32-次之;离子强度对As(V)吸附的影响不明显;在温度298K、吸附剂量2.5g/L和反应时间24h的条件下,最大吸附容量约5000μg/g;吸附等温线符合Langmuir单层吸附模型;动力学过程符合准二级动力学模型.     

Effect of ionic strength on adsorption of As(Ⅲ) and As(V) on variable charge soils

The study was to investigate the adsorption behavior of arsenite (As(III)) and arsenate (As(V)) on two variable charge soils, i.e., Haplic Acrisol and Rhodic Ferralsol at dierent ionic strengths and pH with batch methods. Results indicated that the amount of As(III) adsorbed by these two soils increased with increasing solution pH, whereas it decreased with increasing ionic strength under the acidic condition. This suggested that As(III) was mainly adsorbed on soil positive charge sites through electrostati...     

黄河兰州段沉积物对水体中萘的吸附行为及影响

为研究典型有机污染物在黄河兰州段沉积物的吸附规律及影响,以黄河兰州段的沉积物为供试样品,选择萘（naphthalene）为代表性有机污染物,采用批量试验法研究了污染物萘在黄河沉积物上的吸附动力学、吸附热力学、初始质量浓度、pH、离子强度、粒径等影响因素以及解吸动力学.结果表明:黄河沉积物对萘的吸附动力学更符合准二级动力学模型,且吸附过程主要分为快吸附（0~4 h）和慢吸附（4~8 h）两个阶段,在8 h左右达到平衡;Freundlich模型能较好地拟合热力学吸附特征.在25~45℃的温度范围内,E（吸附平均自由能）为0.288~0.316 kJ/mol（< 8 kJ/mol）,吸附过程中,ΔGθ（吉布斯自由能）小于0,ΔSθ（熵变）与ΔHθ（焓变）均大于0,说明萘在黄河沉积物上的吸附是一个自发的混乱度增大的吸热过程,且以物理吸附为主.影响因素分析结果显示,随着沉积物粒径的增大,萘在其上的吸附量逐渐减小;增大吸附体系中的离子强度时,萘在沉积物上的吸附过程受到抑制;当萘初始浓度增大时,吸附量增加;酸性条件抑制吸附过程,碱性环境促进吸附过程;黄河沉积物对萘的解吸量远小于吸附量,存在解吸滞后现象.研究显示,萘在黄河沉积物中的吸附速率受内部扩散、表面吸附和液膜扩散的共同影响,并且吸附过程同时受到沉积物粒径和溶液的pH和离子强度的影响.      

Competitive and cooperative adsorption of arsenate and citrate on goethite

The fate of arsenic in natural environments is influenced by adsorption onto metal (hydr)oxides. The extent of arsenic adsorption is strongly a ected by coexisting dissolved natural organic acids. Recently, some studies reported that there existed competitive adsorption between arsenate and citrate on goethite. Humic acid is known to interact strongly with arsenate by forming complexes in aqueous solution, hence it is necessary to undertake a comprehensive study of the adsorption of arsenate/citrate onto goethite in the presence of one another. The results showed that at the arsenate concentrations used in this study (0.006–0.27 mmol/L), citrate decreased arsenate adsorption at acidic pH but no e ect was observed at alkaline pH. In comparison, citrate adsorption was inhibited at acidic pH, but enhanced at alkaline pH by arsenate. This was probably due to the formation of complex between arsenate and citrate like the case of arsenate with humic acid. These results implied that the mechanism of the adsorption of arsenate and citrate onto goethite in the presence of one another involved not only competition for binding sites, but the cooperation between the two species at the watergoethite interface as well.     

铁锰复合氧化物吸附去除五价锑性能研究

对比研究了铁锰复合氧化物(FMBO)、羟基氧化铁(FeOOH)和二氧化锰(MnO₂)吸附去除五价锑(Sb(V))的性能.结果表明FMBO对Sb(V)具有很好的吸附性能,在pH=5.0的条件下,最大吸附容量达到1.05 mmol·g^-1,略高于FeOOH (0.82 mmol·g^-1)及远高于MnO₂ (0.43 mmol·g^-1);采用Freundlich模型可以很好地描述Sb(V)在FMBO的吸附行为(R² = 0.98).就吸附动力学而言,假二级动力学可很好地描述Sb(V)在FMBO (R² = 0.93)和MnO₂表面的吸附过程(R² = 0.96),而Sb(V)在FeOOH表面的吸附过程可用Elovich模型拟合 (R² = 0.94).Sb(V)的吸附量随着pH值的升高而降低;磷酸盐显著抑制了Sb(V)的吸附,而硫酸盐和碳酸盐影响不大.提高体系离子强度可促进Sb(V)在FMBO表面的吸附,推断Sb(V)在FMBO表面形成内层络合物后被吸附去除.     

羟基磷灰石/蔗渣炭复合吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附机理

以甘蔗渣为原料,采用水热合成法制备羟基磷灰石/蔗渣炭复合吸附剂--HBA,通过静态吸附试验研究HBA对As（Ⅴ）的吸附特性,并采用红外光谱和X射线光电子能谱对吸附前后的HBA进行表征,探讨其吸附As（Ⅴ）的机理.结果表明:HBA的比表面积为89.52 m2/g,pH_zpc（零点电荷）=7.2,HBA上的羟基磷灰石的分子式为Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂.HBA吸附As（Ⅴ）的效果最佳pH为5.0~9.0.Langmuir等温吸附模型适合拟合HBA对As（V）的吸附等温线,25℃时Langmuir最大吸附量为6.76 mg/g,是蔗渣炭对As（Ⅴ）最大吸附量的20多倍.红外光谱分析表明,HBA含有的＝C＝O、─OH、─COOH等含氧官能团,可为化学吸附提供充足的吸附位点和提高HBA的吸附能力.XPS分析表明,HBA表面的含氧官能团[如羧基（─O─C＝O,532.2 eV）、羟基（─OH,530.6 eV）]参与了吸附反应,羟基磷灰石能提高HBA吸附As（Ⅴ）的能力,被吸附到HBA表面上的As主要以AsO₄3-和HAsO₄2-形态存在.      

骨炭对铅的吸附性能研究

文章旨在研究骨炭对铅的吸附性能,为利用骨炭修复铅污染的土壤做出有意义的探索。研究了骨炭对铅的吸附等温线、吸附动力学以及砷、镉和其它因素对吸附的影响。结果表明:骨炭能在短时间内吸附大量的铅离子,实验用浙江骨炭和英国骨炭对铅的饱和吸附量分别为222.2mg/g和227.3mg/g,均高于有报道的其他类型炭;骨炭对铅的等温吸附符合兰格缪尔方程;在pH2.5～6之间,英国骨炭对铅的吸附量随pH的升高略有下降,浙江骨炭对铅的吸附量随pH的升高变化不大;当支持电解质KNO3的浓度在0.005～0.1mg/L范围内逐渐增大时,英国骨炭对铅的吸附量略有减小,而浙江骨炭的吸附量变化不大;100mg/L的砷和200mg/L的镉对骨炭吸附铅离子没有显著影响;骨炭对水溶液中铅离子的吸附过程是一个复杂的非均相固液反应。     

Preliminary investigation of phosphorus adsorption onto two types of iron oxide-organic matter complexes

Iron oxide(FeO)coated by natural organic matter(NOM)is ubiquitous.The associations of minerals with organic matter(OM)significantly changes their surface properties and reactivity,and thus affect the environmental fate of pollutants,including nutrients(e.g.,phosphorus(P)).In this study,ferrihydrite/goethite-humic acid(FH/GE–HA)complexes were prepared and their adsorption characteristics on P at various p H and ionic strength were investigated.The results indicated that the Fe O–OM complexes showed a decreased P adsorption capacity in comparison with bare Fe O.The maximum adsorption capacity(Q_(max))decreased in the order of FH(22.17 mg/g)FH-HA(5.43 mg/g)GE(4.67 mg/g)GE-HA(3.27 mg/g).After coating with HA,the amorphous FH–HA complex still showed higher P adsorption than the crystalline GE–HA complex.The decreased P adsorption observed might be attributed to changes of the Fe O surface charges caused by OM association.The dependence of P adsorption on the specific surface area of adsorbents suggests that the Fe O component in the complexes is still the main contributor for the adsorption surfaces.The P adsorptions on Fe O–HA complexes decreased with increasing initial p H or decreasing initial ionic strength.A strong dependence of P adsorption on ionic strength and p H may demonstrate that outer-sphere complexes between the OM component on the surface and P possibly coexist with inner-sphere surface complexes between the Fe O component and P.Therefore,previous over-emphasis on the contributions of original minerals to P immobilization possibly over-estimates the P loading capacity of soils,especially in humic-rich areas.     

壳聚糖海藻酸钠铁锰泥吸附剂制备与除As(V)研究

将生物除铁除锰水厂反冲洗铁锰泥包埋在壳聚糖海藻酸钠水凝胶中,成功制备了一种具有高机械强度和稳定性的复合除砷吸附剂（CAFB）.表征结果显示,其表面粗糙,铁锰元素含量为69.31%,比表面积达117.20m²/g,且具有介孔结构.吸附动力学数据更符合准二级动力学模型（R²=0.963）.Langmuir等温吸附模型能更好地描述As （V）吸附过程（R²=0.969）,25℃时最大吸附容量为15.80mg/g.酸性条件有利于As （V）的吸附,在pH=3~7范围内As （V）去除率能达到80%以上.H²PO₄^-,SiO₃^2-离子对吸附过程抑制作用明显.用0.1mol/L的NaOH溶液再生4次后吸附量能达到初始值的70.68%,具有在工程上运用的前景.     

碳纳米管对阿特拉津的吸附/解吸特性

采用批量实验研究了不同溶液条件下阿特拉津(AT)在单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)上的吸附/解吸行为.实验结果显示,离子强度对AT在SWNT和MWNT上的吸附没有显著影响,但随着pH值的增大,AT在2种碳纳米材料上的吸附量显著增加;这表明,AT在溶液中的存在状态是吸附的主要影响因素.在本实验的研究条件下,AT从SWNT和MWNT上的解吸行为不存在明显的滞后效应.碳纳米管对AT较高的吸附容量和吸附的可逆性表明,碳纳米管的大规模应用将可能带来一定的环境和健康风险.     

秸秆焚烧物对黄土吸附五氯酚的影响研究

为研究添加秸秆焚烧物对黄土吸附环境激素的影响,以五氯酚（PCP）为目标污染物,采用批量实验法研究了PCP在黄土与添加秸秆焚烧物黄土上的吸附动力学、吸附热力学以及初始浓度、离子强度、粒径、pH值等影响因素.结果表明：添加秸秆焚烧物促进黄土对PCP的吸附,黄土与添加秸秆焚烧物黄土的动力学均较好的符合准二级动力学模型;其热力学吸附过程均更符合Freundlich吸附模型,且吸附等温线符合C-型;温度在25~45℃时,PCP在黄土与添加秸秆焚烧物黄土上的吸附平均自由能（E）小于8kJ/mol,说明其对PCP的吸附主要以物理吸附为主;PCP的吉布斯自由能ΔG^θ、焓变ΔH^θ和熵变ΔS^θ均小于0,表明该吸附属于自发放热且混乱度减小的过程;当pH值在3~7范围内时,PCP的吸附量随pH值升高而逐渐减小,而pH值在7~10范围内时,其吸附量逐渐增大;黄土对PCP的吸附量随其粒径的减小而增大;离子相同时,其浓度越高越有利于PCP的吸附;离子浓度相同时,黄土对PCP的吸附量随其价态的升高而增加.     

三种氧化铁吸附水环境中砷的试验研究

采用两种人工合成的氧化铁(针铁矿、水铁矿)和赤铁矿作为吸附剂,对含砷(三价砷及三价五价砷混合液)水进行了吸附试验。结果表明,在初始浓度为1200μg/L的As(Ⅲ)溶液中,水铁矿的吸附效果最好,针铁矿和赤铁矿吸附效果较差;在初始pH为7,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)摩尔比为1:1的混合液中时,三种铁矿对总砷的吸附效果均随着As/Fe摩尔比的增大而减小;在A(sⅢ)和As(Ⅴ)摩尔比为1:1的混合液中,吸附总砷效果最好的是针铁矿,水铁矿次之,赤铁矿的吸附效果最差;A(sⅤ)的存在对除砷效果有一定的影响,三价砷和五价砷共存时,三种铁矿对其吸附具有一定的选择性。