磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料光催化/吸附去除水中As(Ⅲ)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO_2半导体的光催化活性及CeO_2和Fe_3O_4对As(Ⅴ)的强亲和力,合成了双组份磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始p H值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O_2~-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As(Ⅲ)能完全被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),同时将As(Ⅴ)高效吸附于CeO_2-Fe_3O_4粒子表面.在中性条件下,CeO_2-Fe_3O_4粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g~(-1).共存离子Cl~-和SO_4~(2-)对As(Ⅴ)的吸附没有显著影响,而CO_3~(2-)、SiO_3~(2-)和PO_4~(3-)与As(Ⅴ)存在明显的竞争吸附,使As(Ⅴ)的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As(Ⅴ)的吸附以化学吸附为主导.CeO_2-Fe_3O_4复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅴ)的研究

以活性炭为载体制备了一种负载型纳米铁吸附剂.纳米铁在活性炭孔内为针状,其直径为30～500 nm,长度为1 000～3 000 nm,载入量[m(Fe)/m(炭)]为82.1 mg/g.用1.5 g/L该吸附剂对pH 6.5、 (25±2)℃、 2 mg/L的As(Ⅴ)进行吸附其去除率为99.5%,在平衡浓度1.0 mg/L时,该吸附剂对As(Ⅴ)的吸附容量为15.4 mg/g;吸附速度较快,12 h可达91.4%,72 h达到吸附平衡.吸附过程可由孔内扩散模型较好地说明.除PO_4~(3-)、SiO_4~(2-)外其它常见阴阳离子均对As(Ⅴ)的去除影响不大.吸附剂可以用0.1 mol/L NaOH溶液再生,再生效率较高.实验室初步实验数据表明,该吸附剂对饮用水砷去除具有较好的应用前景.     

A(sⅢ)和A(sⅤ)对小球藻(Chlorella sp).的生长影响研究

砷是广泛存在于自然界中最常见的毒性污染物,包括土壤,沉积物,水体,大气层,甚至生物体,毒性极强。环境中砷的污染严重威胁人类的健康,已被视为一个全球性的公共卫生问题。为了研究砷对小球藻的生长影响,文章通过实验室培养方式,选取了6个不同浓度的As(Ⅲ()0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg/L)和As(Ⅴ()1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 mg/L)的培养处理,以在680 nm下小球藻的吸光度(OD680)作为衡量因子,对小球藻Chlorella sp(.100 ai)在不同浓度砷离子的培养液中的细胞密度进行了试验,整个实验共进行了7 d。结果表明,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)浓度分别在10.0 mg/L和20.0 mg/L以上时抑制100 ai细胞生长,导致其密度下降。用概率统计方法计算得到A(sⅢ)对100 ai的96 h半数有效抑制浓度EC50值为25.79 mg/L。参照藻类生长抑制评价标准,A(sⅢ)对100 ai的毒性比A(sⅤ)大。     

焙烧层状氢氧化镁铝对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ) 的吸附性能比较

通过静态吸附实验,对比研究了焙烧层状氢氧化镁铝(Mg-Al CLDH)对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子的吸附特性,并用粉末X射线衍射对Mg-Al CLDH吸附前后的结构进行了表征.结果表明,Mg-Al CLDH对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附是通过“结构记忆"效应实现的.Mg-Al CLDH可有效脱除溶液中的含砷阴离子,其吸附量明显高于现有文献的报道.当As(Ⅲ) 和As(Ⅴ)初始浓度(以As计)分别高达10 mg·L^-1和40 mg·L^-1时,吸附后溶液中残余As浓度<10 μg·L^-1.在本研究的初始浓度4～500 mg·L^-1范围内,在298～323 K下, As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在Mg-Al CLDH上的最大吸附量(以As计)分别为150.46～224.03 mg·g^-1和149.62～224.76 mg·g^-1,且吸附量仍呈直线上升趋势.吸附量随温度升高而增大,表现为吸热吸附.As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子在Mg-Al CLDH上的吸附等温线分别属于L型和H型.在低浓度区域,As(Ⅲ)在Mg-Al CLDH上的吸附可用Freundlich等温方程式来描述,As(Ⅴ)更符合Langmuir等温方程式;在高浓度范围内,均可用Freundlich等温方程式来描述.在相同初始浓度和温度下,Mg-Al CLDH对As(Ⅴ) 的吸附速率和脱除率远远大于As(Ⅲ),吸附速率和脱除率随溶液初始浓度的降低和温度的升高而增大,伪二级动力学方程可较好地描述二者在Mg-Al CLDH上的吸附动力学过程.吸附基本不受溶液初始pH值(3.0～10.0)和离子强度的影响.当溶液中As(Ⅴ)和As(Ⅲ) 同时存在时,Mg-Al CLDH优先吸附As(Ⅴ).     

废铁屑吸附水中As(Ⅲ)试验研究

研究了As(Ⅲ)初始浓度、反应时间、铁粉投加量、初始p H以及溶液共存腐植酸(HA)、阴阳离子等影响因素对废铁屑吸附As(Ⅲ)的影响。结果表明,随着As(Ⅲ)初始浓度的增加,平衡吸附量也增加,当初始浓度为50 mg/L时,qe=15.88 mg/g,在150 min时,吸附达到平衡;当铁屑投加量从0.05 g/L增加到1.0 g/L时,砷的去除率也随之增大,当废铁粉用量进一步增大到5 g/L时,砷的去除率有所下降;p H在5~9时,吸附效果最好。当溶液中阳离子Ca2+、Mg2+共存时可以促进砷在零价铁表面的吸附,SO2-4/NO-3表现为轻微抑制作用,HCO-3和HA的存在明显抑制了As(Ⅲ)的吸附。     

磁性壳聚糖微球吸附水中As(Ⅲ)的实验研究

文章主要考察实验室制得的乙二胺改性磁性壳聚糖微球对毒性高,迁移能力强的A(sⅢ)去除效果。通过单因素实验研究了pH值、吸附时间、A(sⅢ)溶液初始浓度和吸附剂投加量对磁性壳聚糖微球吸附除A(sⅢ)效果的影响。实验结果表明在pH值为2,吸附时间为90 min,磁性壳聚糖微球投加量为0.4 g时,对初始浓度为10 mg/L,体积为100 mL的A(sⅢ)溶液去除率达到96.96%,吸附后溶液中A(sⅢ)浓度仅为0.304 mg/L,低于我国污水综合排放标准中砷含量标准值。磁性壳聚糖微球的解吸实验表明,吸附剂解吸4次后,对A(sⅢ)的去除率仍达到95%以上,吸附性能稳定,具有较好的可重复利用性。因此,磁性壳聚糖微球是一种去除低浓度含砷废水非常有效的材料。     

天然菱铁矿改性及强化除砷研究

我国高砷地下水分布广泛,经济、高效地饮用水除砷技术受到广泛关注.静态批实验采用资源丰富、价格便宜的天然菱铁矿为主要原材料,考虑灼烧温度、时间及添加黏合剂等因素确定最优改性条件使除砷效果达到最佳.结果表明,在加铝量为10 mg.g-1、350℃下恒温灼烧90 min后造粒达到强度要求并除砷效果较优.25℃、固液比为0.5 g∶50 mL、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)初始浓度为5 mg.L-1时,吸附后溶液中残留As浓度均<10μg.L-1.静态吸附批实验结果表明,25℃时,接触反应时间为12 h可达到吸附平衡,吸附过程较好地符合Lagergren假二级吸附速率方程;最优改性天然菱铁矿对砷的吸附规律可用Langmuir和Freundlich等温吸附模型很好地描述,As(Ⅲ)、As(Ⅴ)饱和吸附容量分别可以达到1 039、1 026μg.g-1.结合XRD、SEM等研究方法和比表面及孔结构分析初步探讨天然菱铁矿改性以及除砷的主要机制.分析表明,改性后天然菱铁矿比表面积大幅度增大,孔径减小,且在表面活化生成一层圆球状的含Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的化合物.改性天然菱铁矿是一种值得进一步研究并实际应用的除砷材料.     

Fe-La二元氢氧化物对水中As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附行为与机制

采用共沉淀法制备了铁-镧二元氢氧化物(Fe-La)吸附剂,通过吸附动力学、pH的影响和吸附等温线等吸附批实验研究了其对水溶液中砷的去除行为,并通过扫描电子显微镜-X射线能谱分析(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)等方法对铁-镧二元氢氧化物进行了表征,研究其对砷的去除机制.吸附批实验表明,Fe-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)具有较强的去除能力,而对As(Ⅲ)的去除能力较弱.吸附动力学实验表明,Fe-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)在前2 h内吸附速率较快,其去除过程均符合伪二级动力学模型.溶液的pH值会显著影响Fa-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除效率,其中,对As(Ⅴ)的吸附量在pH=3.0～4.0时升高,在pH=5.0～11.0时随pH升高而降低;对As(Ⅲ)的吸附量在pH=3.0～6.0时升高,在pH=6.0～10.0范围内保持不变,在pH=10.0～11.0时吸附量减少.Langmuir吸附等温线拟合结果表明,pH=4.0时Fe-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)的最大吸附量为303.03 mg·g^-1,...     

微生物作用引起的铁铝氢氧化物吸附砷的还原与释放机制研究

地下水砷污染的形成机制目前尚不清楚,普遍认为,微生物对吸附于铁氧化物表面的As(Ⅴ)以及基质Fe(Ⅲ)的还原是砷释放的主要原因.本研究中以富集的混合菌群为接种微生物,以不同比例（Al∶Fe为1∶0、 1∶1、 0∶1）的铁铝氢氧化物为吸附剂,考察了微生物对吸附于这些载体上的As(Ⅴ)的还原和迁移作用.结果表明,接种微生物后,3种体系表现出不同程度的As释放,溶液中释放的As基本上是As(Ⅲ).在氢氧化铁体系中,溶解态As(Ⅲ)浓度仅为60 μg/L左右,微生物还原产生的As(Ⅲ)几乎全部存在于固相中;在Al∶Fe为1∶1的铁铝氢氧化物中,溶解态As(Ⅲ)大约为1.3 mg/L;氢氧化铝体系中,该值为7.8 mg/L,约占微生物还原总As(Ⅲ)的82%.而未接种的对照组均未检测到As(Ⅲ)以及明显的As释放.本研究还考察了吸附基质铁氧化物的还原对砷迁移的影响,结果表明,砷的还原发生在铁还原之前,铁的还原并没有引起砷的明显释放.因此,根据本实验结果推断,氢氧化铁吸附的As(Ⅴ)的还原及Fe(Ⅲ)的还原很可能不是造成地下水系统中砷释放的主要原因,而吸附于铝氧化物或其它矿物表面的As(Ⅴ)的还原可能引起了砷向水相迁移.     

氯化铁絮凝-直接过滤工艺对地下水中As(Ⅴ)的去除机制研究

为探明氯化铁(Fe Cl3)絮凝-直接过滤工艺对地下水中砷(As)的去除过程及机制,分别进行了批吸附实验、现场絮凝-直接过滤实验、扩展X射线精细结构光谱(EXAFS)及电荷分布多位络合(CD-MUSIC)模拟.采集的地下水样品As主要为五价[As(Ⅴ)],浓度为40μg·L-1.现场柱实验直接过滤工艺中Fe投加量为1.5 mg·L-1,出水As(Ⅴ)浓度均低于10μg·L-1,92 h内可提供64 984 L安全饮用水.固体废物毒性浸出实验表明泥饼浸出液中As浓度为3.4μg·L-1,远低于美国环保署限定值(5 mg·L-1).EXAFS和CD-MUSIC模拟表明Fe Cl3絮凝去除地下水中As(Ⅴ)存在两种机制:在p H 3~9.5范围内,As(Ⅴ)主要以双齿双核吸附在氢氧化铁上;p H9.5时,As(Ⅴ)主要与Ca2+和Mg2+形成沉淀而去除.     

钛改性锰矿的除砷效果及机理研究

天然锰矿是一种廉价、易得的除砷矿物材料,为了进一步提高天然锰矿的除砷效果和吸附容量,采用TiCl4对广西桂林天然锰矿进行改性,并对其改性的条件进行优化。实验结果表明最佳的改性条件为:TiCl4浓度为10 mg/L,浸泡时间为18 h,pH=3.05,振荡吸附时间为1 h。与天然锰矿的去除效率(82.95%和77.93%)相比,改性锰矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除率分别可达94.87%和99.31%,相应的饱和吸附量分别为3.48 mg/g和3.27 mg/g,较天然锰矿各自提高了1.25 mg/g和1.21 mg/g。改性锰矿对As(Ⅲ)的吸附符合Freundlich等温吸附模型,对As(Ⅴ)的吸附更符合Langmuir等温吸附模型。     

复合铁铝氢氧化物的制备及其对水中砷(V)的去除

以Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)对砷有较强的亲和性为理论基础,用沉淀法制备了9种同时含有Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)的砷吸附剂--复合铁铝氢氧化物.X射线衍射和扫描电镜测定结果表明,有5种复合铁铝氢氧化物具有微晶-无定形态的结构特征.比表面测定结果表明,复合铁铝氢氧化物的孔体积和孔径明显低于相同实验条件下制得的氢氧化铁,说明铝的掺杂能明显改变氢氧化铁中规则的晶体结构和表面性质.用复合铁铝氢氧化物进行了水中砷的吸附研究,结果表明,该复合材料具有优良的除砷效能,吸附容量大;当pH为5.0～9.0、溶液中初始砷浓度为2 mg·L-1时,不同组成的铁铝复合氢氧化物都能使溶液中的砷含量降到世界卫生组织标准0.01 mg·L-1以下,其中以Fe(Ⅲ)/Al(Ⅲ)摩尔比为7:3的复合物吸附除砷能力最强.pH为5.0～9.0时各复合物对砷的吸附模式均符合Freundlich和Langmuir等温吸附方程.     

载铁(β-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂去除地下水As(Ⅴ)的研究

制备了一种载铁(β- FeOOH)球形棉纤维素吸附剂,球珠孔隙度大,强度好,活性成分铁的载入量可高达360mg/mL ,(质量分数达50%) ,活性好.研究表明,当铁含量为220mg/mL时,该吸附剂对As(V)的最大吸附量为15.6mg/mL(33.2mg/g) ,Langmuir和Freundlich方程能很好地描述吸附等温线.吸附速度较快,10h可达到吸附平衡,吸附动力学符合Lagergren二级方程.SiO₃^2- ,SO₄^2-,Cl^-干扰离子均不影响砷的去除.柱吸附实验表明,空床停留时间为5.9min ,进水As(V)浓度为500μg/L时,As(V)的穿透体积为5000BV .吸附剂可以用1.5mol·L^-1 NaOH再生,洗脱和再生效率可达90%以上.活性成分β-FeOOH形态稳定,柱操作和再生时铁无溶出.吸附剂制备方法简单,新颖,对地下水和饮用水砷去除具有较好的应用前景.     

不同粒径铁铝泥对砷(Ⅲ)的吸附效果

以给水处理厂废弃铁铝泥(ferric and alum water treatment residuals,FARs)为载体,考察了不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附效果.不同粒径FARs的有效铁铝含量、比表面积和孔体积分别为523.72～1 861.72 mmol.kg-1、28.15～265.59 m2.g-1和0.03～0.09 cm3.g-1,总有机质、富里酸、胡敏酸和胡敏素分别为46.97～91.58、0.02～32.27、22.27～34.09和10.76～34.22 mg.kg-1.SEM和XRD检测表明,不同粒径FARs均以无定形结构存在.批量实验结果表明,准一级和准二级动力学方程均能较好地反映FARs吸附砷(Ⅲ)的动力学过程.不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附量随着浓度的增加而增高,用Langmuir等温线方程拟合获得理论饱和吸附量在6.72～21.79 mg.g-1之间.pH值对FARs吸附砷(Ⅲ)的作用影响不大.砷(Ⅲ)吸附量大小与不同粒径FARs的理化性质的变化趋势基本一致,由相关性分析可得,有效铁铝含量和孔体积大小是影响FARs对砷(Ⅲ)吸附的主要因素.     

四氧化三铁对水中As(Ⅲ)的吸附性能研究

以石灰为沉淀剂,利用空气氧化沉淀法制备得到的四氧化三铁作为吸附剂处理水溶液中As(Ⅲ),研究了溶液p H、吸附剂用量、反应时间、初始As(Ⅲ)质量浓度、反应温度等因素对As(Ⅲ)吸附性能的影响。结果表明,四氧化三铁粒径0.2μm,总铁含量为56%。当As(Ⅲ)初始浓度为10 mg/L,溶液p H为7,吸附剂用量为1 g,反应时间为480 min,反应温度为30℃时,砷去除率达98.27%。四氧化三铁对As(Ⅲ)的吸附等温线符合Freundlich方程,吸附动力学符合准二级动力学方程。     

响应曲面法优化Fe(Ⅲ)改性卡氏变形杆菌吸附去除Sb(Ⅴ)及其机理

水环境中过量Sb（Ⅴ）所引起的环境危害受到越来越多的关注.为了考察工艺参数对铁盐改性生物吸附剂吸附Sb（Ⅴ）效果影响、交互作用及其机理,以Fe（Ⅲ）改性卡氏变形杆菌吸附剂（简称“FMPAs”）为研究对象,采用Box-Behnken响应曲面法对FMPAs吸附处理合成含Sb（Ⅴ）废水的吸附时间、FMPAs投加量、pH、温度及Sb（Ⅴ）初始浓度等因素进行优化,确定了最优吸附条件,并对吸附过程的等温模型、动力学模型及吸附机理进行了研究.结果表明:①FMPAs吸附Sb（Ⅴ）的最优条件为吸附时间3.0 h、FMPAs投加量1 910.04 mg/L、pH 2.31、温度45.0℃、Sb（Ⅴ）初始浓度24.80 mg/L,且最优条件下Sb（Ⅴ）的去除率高达97.03%.②FMPAs对Sb（Ⅴ）的吸附符合Langmuir等温吸附模型,其最大吸附容量（q_max）为60.506 mg/g,其吸附动力学过程可采用准一级动力学模型拟合,属于单层吸附和化学吸附.③FMPAs吸附Sb的机理主要为Fe（Ⅲ）改性卡氏变形杆菌生成了Fe—O—OH、Polyose—Fe、Polyose—O—Fe（OH）₂等化合物,这些物质中羟基被Sb（Ⅴ）取代生成新的配合物Fe—O—Sb,使Sb（Ⅴ）得到吸附去除.研究显示,FMPAs对Sb（Ⅴ）具有较高的吸附容量,是一种极具潜在应用价值的绿色生物质吸附剂,可用于处理含Sb（Ⅴ）废水.      

高氟饮用水中除氟研究

本文通过对吸附法和混凝沉淀除氟进行实验，证明以PAC(聚合铝)作混凝剂的混凝沉淀法除氟非常有效，当PAC用量为2mg／L时，饮用水中氟可由1．85mg／L降至0．78mg/L，符合饮用水标准，并对除氟机理进行了探讨。     

改性沸石法去除微污染水中氮的研究

以氨氮浓度大约为5mg／L的微污染水为研究对象．其CoD浓度低于20mg／L,主要进行了沸石的表面特性及其活化试验研究。研究了沸石经NaCl、NH4N03改性处理后对微污染饮用水中氨氮的吸附。结果表明：改性沸石对氨氮有较好的吸附,吸附温度为常温,NaCl溶液、NH4N03溶液改性沸石的最佳浓度分别为0．6-1mol／L、1．5-2mol／L．氨氮的去除率达90％。     

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。     

磁性吸附材料CuFe2O4吸附砷的性能

根据Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)都对砷有较强的亲和性,制备了同时含有Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的、可用磁分离方法进行分离回收的磁性吸附材料CuFe2O4,并对其进行了表征及吸附砷的性能研究.结果表明,该吸附剂对砷的吸附能力与溶液pH有关,在弱酸性及中性条件下,吸附砷的能力最强,而对As(V)的吸附能力比对As(Ⅲ)更强些,在平衡浓度为10μg/L时,其吸附容量可达10mg/g左右,可以很容易地将水中浓度为1～20mg/L的As(V)降到10μg/L以下.实验考察了几种无机阴离子对吸附砷的影响,表明较高浓度(砷浓度的20倍)的硫酸盐对As(Ⅲ)和As(V)的吸附均有一定影响,盐酸盐及磷酸盐则影响不明显;负载的As(V)可较容易地用0.1mol/L NaOH洗脱下来,使吸附剂再生,而As(Ⅲ)则难以洗脱,这与2种价态砷的吸附机理不同有关.