湖南桃江锰矿对溶液中As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除及迁移行为对比

锰氧化物对砷的去除有着环境和地球化学现实意义,本文通过批实验和柱实验研究湖南桃江锰矿对溶液中As(Ⅴ/Ⅲ)的去除行为差异和迁移行为.Langmuir吸附等温线结果表明,锰矿对As(V)和As(Ⅲ)的理论最大吸附量分别为1.32 mg·g~(-1)和0.30 mg·g~(-1).As(Ⅴ/Ⅲ)在锰矿表面的动力学符合拟二阶动力学模型,表明锰矿吸附As(Ⅴ/Ⅲ)均属于化学吸附,受化学反应速率控制;反应吸附速率常数K_(2[As(Ⅴ)])K_(2[As(Ⅲ)]),表明锰矿对As(Ⅴ)的吸附速率更快.锰矿在氧化As(Ⅲ)时,溶液中As(Ⅲ)减少速率与溶液中Mn浓度变化非常一致,表明砷的氧化行为与锰矿相关.CDE和Thomas吸附模型拟合As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的迁移行为表明,Mn~(2+)、Al~(3+)、PO■和SiO■均会降低锰矿的最大吸附量和滞留因子,其中Al~(3+)对As(Ⅲ)的吸附具有较强的拮抗作用,最大吸附量下降至0.002 mg·g~(-1),对As(Ⅴ)的拮抗作用相对较弱,而PO■和SiO■对As(Ⅴ/Ⅲ)在柱实验中的拮抗作用相近.研究为就地处理湖南地表和地下水砷污染提供了新的处理矿物.     

复合铁铝氢氧化物对As(Ⅴ)的吸附作用

从吸附剂的组成、结构、表面性质、溶液的酸度及砷的存在形式等方面探讨了复合铁铝氢氧化物(Fe5Al2(OH)21.nH2O)对溶液中As(Ⅴ)的吸附.结果表明,该吸附剂具有微晶体的结构特征,孔径小,比表面积大,等电位点pH值为8.3;在pH为4-8的溶液中,对As(Ⅴ)的吸附能力很强,饱和吸附容量Qm分别为:0.7901(pH5),0.5981(pH7)和0.3033 (pH9)mol·kg-1, 常见共存离子不影响砷的吸附.Langmiur方程能很好地描述实验的吸附等温线.吸附态 As(Ⅴ)的解吸量随解吸剂pH值的升高而增大.     

热处理富钙海泡石对水体中砷的吸附特征

以富钙海泡石为研究对象,利用简单易行的热处理方法改性,并用X-射线荧光光谱仪(XRF)、X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM-EDS)对原状和热处理富钙海泡石进行成分和结构分析,研究改性材料对As3+和As5+的吸附特征和影响因素。结果表明,热处理改性显著增加了富钙海泡石对砷的吸附性能,当pH值为7时,对As3+和As5+的最大理论吸附量分别为25.61和30.30 mg·g-1,且吸附等温式符合Langmuir模型;利用吸附动力学方程拟合发现,改性富钙海泡石对As3+动力学吸附符合准二级动力学模型,而对As5+的吸附符合准一级动力学模型和准二级动力学模型。材料粒径对热处理富钙海泡石吸附砷影响较小,当pH值为6~11时,热处理富钙海泡石对砷的吸附影响很小;共存阴离子中PO43-对砷吸附量的影响最大。该研究表明成本较低的热处理富钙海泡石可有效去除废水中的砷。     

铁、铝氧化物和土壤对苄嘧磺隆的吸附

用平衡吸附法研究了苄嘧磺隆在两种土壤(广州赤红壤、湖南红壤)和两种人工合成氧化物(针铁矿、铝氧化物)中的吸附,以及pH对吸附的影响.结果表明:(1)用Langmuir,Freundlich和Temkin等温方程描述供试样品对苄嘧磺隆的吸附,其中Freundlich吸附等温方程拟合的结果较佳.在苄嘧磺隆的实验浓度范围内和一定的pH条件下,吸附苄嘧磺隆的量随其浓度的升高而增加,其顺序为:铝氧化物＞湖南红壤＞针铁矿＞广州赤红壤.(2)苄嘧磺隆在供试样品中的吸附量随溶液pH值的升高而减小.     

磁性介孔碳的制备及对水体中染料的吸附去除

以介孔氧化硅SBA-15为硬模板,采用三氯化铁与蔗糖同步浇筑法制备磁性介孔碳材料.扫描电镜、透射电镜、比表面积和振动磁强计等分析表明,该材料具有有序的介孔孔道和较好的磁分离性能.考察其对亚甲基蓝(MB)和日落黄(SY)的吸附性能,结果发现溶液的pH对吸附两种染料有显著的影响,阳离子染料亚甲基蓝随着溶液pH的增大吸附量显著升高,而阴离子染料日落黄则相反.由Langmuir吸附等温模型拟合出亚甲基蓝、日落黄的最大吸附容量分别为473.9 mg·g~(-1)和434.8 mg·g~(-1).该磁性介孔材料在染料污染物的去除方面具有较好的应用潜力.     

高指数晶面二氧化钛对砷、锑的共吸附去除

砷(As)和锑(Sb)作为有毒元素,造成的环境污染严重威胁人类健康.目前,由于缺乏对共存体系下砷锑表面化学性质的研究以及高效的吸附材料,砷、锑的共去除是环境领域面临的一大挑战.本文以高指数晶面{201}二氧化钛(HTi O_2)为吸附剂,研究砷锑在其表面的吸附行为.Langmuir吸附等温线结果表明,As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)、As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)在HTi O_2表面的最大吸附量分别为0.407、0.861、0.197、0.181 mmol·g~(-1).砷、锑在HTi O_2表面的吸附动力学符合拟二级动力学方程,说明化学吸附是控制吸附速率的关键因素.p H边共吸附实验表明,HTi O_2对As(Ⅲ)的吸附基本不受p H的影响;对Sb(Ⅲ)的吸附随p H的升高先增大后减小;对As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)的吸附随p H的升高逐渐降低.Zeta电位结果表明,砷锑吸附后HTi O_2表面带负电,说明砷、锑在HTi O_2表面形成带负电的稳定内层配合物.本研究为水体中砷锑的共吸附去除提供了新信息.     

铁基改性椰壳生物炭对砷的吸附效果及机制研究

目前针对生物炭修复重金属污染的水体、土壤方面的研究虽然很多,但是对其吸附污染物的机制研究却较少。为了提高生物炭对砷的吸附能力,以农业废弃物椰壳为原料,在300℃下利用硫酸及硫酸铁制备铁基改性生物炭,采用SEM-EDS、FTIR、XRD及XPS等手段对椰壳生物炭(CSB)、硫酸改性生物炭(SCSB)以及铁基改性生物炭(SFCSB)表面结构与特征进行表征,通过pH值影响实验、等温吸附实验和动力学吸附实验对CSB、SCSB及SFCSB 3种生物炭吸附砷(As)的效果进行比较。结果表明,硫酸及硫酸铁共同改性使生物炭的比表面积增大了1.56倍,表面官能团新增亚甲基(–CH_3)和羧基(–COO),SFCSB表面的Fe吸附As(Ⅴ)后在Fe2p能级生成了Fe_2O_3和FeOOH,证明铁基改性成功。SFCSB对As(Ⅴ)的吸附符合Elovich动力学模型及Langmiur等温吸附模型,当pH=5时,SFCSB对砷的最大吸附量为14.65 mg·g~(-1),与未改性的CSB相比吸附量提高了238倍。SFCSB对As(Ⅴ)的吸附方式为物理化学吸附,吸附机制包括生物炭表面正电荷与阴离子之间的静电吸引、O–H–As氢键结合、砷氧阴离子与铁氧化物的配位体效应和表面羟基官能团络合等。研究表明,铁基改性椰壳生物炭是一种高效的除砷吸附剂。该研究从农业废弃物利用和环境修复的角度出发,为制备更高效、能深度净化污染的生物炭提供参考,也为吸附机制的探讨提供理论依据。     

浮石负载纳米零价铁去除水相中的砷(Ⅴ)

废水中的砷是最具毒性的环境污染物之一.为了更好地利用纳米零价铁(Nanoscale Zero-Valent Iron,NZVI)修复水体污染,本文进行了浮石负载NZVI去除水相中As(Ⅴ)的研究.利用环境扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对浮石负载纳米零价铁(P-NZVI)的形态和粒度进行表征分析,根据批试验和间歇试验探究反应条件对去除效果的影响,并通过对照P-NZVI与As(Ⅴ)溶液反应前后的样品的X射线光电子能谱(XPS),结合XPS Fe2p和XPS As3d窄轨道图谱,探讨P-NZVI对水相中As(Ⅴ)的去除机理.研究结果表明,制备所得NZVI颗粒平均粒径30.6 nm,分散在浮石表面.利用BET-N2法检测得到P-NZVI的比表面积为32.2 m~2·g~(-1)(NZVI含量0.28 g,质量比7.7%).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除率随初始pH值、反应温度、As(Ⅴ)初始质量浓度的升高而降低,反应符合准一级和准二级动力学方程.初始As(Ⅴ)浓度为100 mg·L~(-1)时,P-NZVI的平衡时吸附量为35.7 mg·g~(-1).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除机理包括吸附、沉淀和共沉淀作用.     

棉花秸秆生物炭对水中硫酸根离子的吸附特性

以棉花秸秆生物炭(BCS)为吸附剂,研究了BCS的吸附动力学、热力学特性以及制备温度、投加量和溶液p H等因素对BCS吸附SO_4~(2-)的影响.结果表明,制备温度为500℃的BCS(BCS500)比300℃的BCS(BCS300)更有利于SO_4~(2-)的吸附去除;在20 m L溶液中,BCS500的投加量为0.1000 g时,对SO_4~(2-)的吸附去除最为理想,升高溶液p H值会减小BCS500对SO_4~(2-)的吸附量.动力学拟合表明准二级动力学方程比准一级动力学方程和Elovich方程能更好地描述吸附过程,所得吸附平衡时间为6 h.颗粒内扩散模型拟合发现BCS吸附SO_4~(2-)分为表面吸附和颗粒内扩散两个过程.相比于其他等温吸附方程,Langmuir方程能更好地描述BCS500对SO_4~(2-)的吸附行为,由Langmuir方程拟合所得BCS500的理论最大吸附量(52.13 mg·g~(-1))比BCS300的理论最大吸附量(31.46 mg·g~(-1))大.而计算所得热力学参数,如吉布斯自由能变G_m0,焓变H_m0和熵变S_m0,表明BCS500对SO_4~(2-)的吸附是一个自发、吸热且熵增加的过程;在25、35、45℃时,G_m分别为-9.61、-12.50、-13.96 k J·mol~(-1),介于-20─0 k J·mol~(-1)之间,且反应为吸热反应,表明BCS500吸附SO_4~(2-)主要以物理吸附为主.     

利用稀土基无机合成材料去除饮用水中砷的研究

本文研制了一种新型除砷吸附剂,即基于稀土金属铈的无机铈铁吸附剂,并对该吸附剂的除砷效果进行了评价．活性氧化铝和新型研制的铈铁吸附剂对Ａｓ(Ⅴ)吸附平衡比较实验结果表明:活性氧化铝除砷的最佳 ｐＨ为 ３．５－５．５,最大吸附量为８６ｍｇ Ａｓ(Ⅴ)·ｇ－１;而铈铁吸附剂的ｐＨ适用范围广,在ｐＨ３－７的范围内具有较高的除砷性能,最大吸附量可达１６．０ｍｇＡｓ(Ⅴ)·ｇ－１,该吸附材料对Ａｓ(Ⅴ)的吸附基本符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ型等温方程式,硬度、盐度和氟离子不干扰吸附过程,但磷酸根离子干扰材料对Ａｓ(Ⅴ)的吸附、铈铁无机吸附材料在饮水除砷中具有比较大的应用前景．     

铁掺杂介孔氧化硅-石墨化炭复合物对橙黄Ⅱ的吸附

利用水热法合成铁掺杂介孔氧化硅-石墨化炭复合物(Fe MS),并对其进行结构表征,发现其具有介孔结构,且高铁含量的Fe MS含有明显的石墨化炭物种.比较了传统吸附剂活性炭、SBA-15及Fe MS分别对橙黄Ⅱ的吸附性能,考察了初始p H、投加量、初始浓度、吸附时间对吸附的影响,并对吸附过程进行了动力学研究和吸附等温模型的模拟.结果表明:Fe MS对橙黄Ⅱ有很好的吸附性能,且高铁含量的Fe MS吸附量优于低铁含量;Fe MS吸附橙黄Ⅱ的最佳p H值为7,最高吸附量能达到1108 mg·g-1;初始浓度对橙黄Ⅱ吸附效率有明显的影响;对低浓度的橙黄Ⅱ,可在120 min内达到吸附平衡;Fe MS对橙黄Ⅱ的吸附动力学数据符合准二级动力学模型;Fe MS对低浓度橙黄Ⅱ的吸附符合Henry等温模型,饱和吸附量与橙黄Ⅱ的浓度有关.     

有机-无机复合改性蒙脱石同时吸附水中苯酚和铬(Ⅵ)

以钠基蒙脱石(Na-MMT)为原料,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)预先改性,然后进行羟基铝柱撑改性,以制备不同CTMAB含量的有机-无机复合蒙脱石(CTMAB-Al-MMT),用于同时对水中苯酚和铬(Ⅵ)的吸附.采用XRD、FTIR表征复合改性蒙脱石.研究结果表明,CTMAB和羟基铝阳离子有效进入蒙脱石层间,且层间距随CTMAB加载量增大而增加.吸附时间、溶液pH和投剂量等因素对吸附率的影响显著,在混合溶液的苯酚、铬(Ⅵ)初始浓度均为30 mg·L-1,投剂量0.6 g/50 mL,pH=6,以及吸附时间2 h时,苯酚和铬(Ⅵ)吸附去除率分别达85.0%和94.7%,表明制备的复合改性蒙脱石具有能有效同时吸附水中苯酚和铬(Ⅵ)的良好性能.复合改性蒙脱石对苯酚、铬(Ⅵ)的等温吸附可用Langmuir方程和Freundlich方程来拟合,对苯酚的吸附符合Freundlich方程,相关系数为0.9946,对铬(Ⅵ)的吸附符合Langmuir方程,相关系数为0.9989.     

牛粪源生物炭对水中甲基紫的吸附动力学和热力学

600℃缺氧热解制得牛粪源生物炭(CBC),采用SEM、FTIR和XRD等分析手段对生物炭理化性质进行表征,并通过静态平衡吸附法研究了CBC对甲基紫的吸附动力学及热力学过程.结果表明,甲基紫的吸附量随着其初始浓度的增加而增大,初始浓度由10 mg·L~(-1)增加到40 mg·L~(-1),平衡吸附量由5 mg·g~(-1)提高到30 mg·g~(-1),吸附过程先快后慢,60 min后吸附达到平衡;甲基紫的吸附量还随溶液pH的增加而增大,随温度的升高而增大;用准一级动力学方程、准二级动力学方程、Langmuir吸附等温方程、Freundlich吸附等温方程对试验数据进行拟合,结果表明,准二级动力学模型更准确地反映其吸附动力学过程,Freundlich等温方程与实验数据拟合度更好,即甲基紫在CBC上的吸附以化学吸附为主;吸附热力学参数ΔG~o0、ΔS~o0、ΔH~o0,表明甲基紫在CBC上的吸附是自发进行的吸热过程.     

铁锰结核对As(Ⅲ)的吸附和氧化特性研究

研究As(Ⅲ)在土壤中的铁锰结核上的吸附和氧化特征,对理解土壤中As(Ⅲ)的含量变化和制定有效的治理措施有至关重要的作用.以东北地区代表性土壤-棕壤中提取的铁锰结核作为试验材料,采用一次平衡法,对As(Ⅲ)在铁锰结核上的吸附和氧化特性,及其动力学特征进行了研究.研究结果表明,反应是包括吸附和氧化反应的复杂过程.初始质量浓度在1～15 mg·L~(-1)的范围内时,随着初始质量浓度的提高,吸附量随之增大,Mn的释放量增加,初始质量浓度在15～30 mg·L~(-1)的范围内时,吸附量的增加缓慢,Mn的释放量也接近平衡,吸附曲线可用Langmuir方程及Freundlich方程拟合(r>0.97),铁锰结核对As(Ⅲ)具有较强的吸附性能,最大吸附量达到了3 000 mg·kg~(-1).动力学实验中,反应在24 h内趋于饱和,可用Freundlich模型描述.氧化反应后释放到溶液中的As(V)质量浓度随时间变化先升高后降低,大多数的As(V)都被吸附在了铁锰结核表面,说明铁锰结核对砷具有很好的吸附和解毒作用.Mn的释放量在6 h时基本达到平衡.释放到溶液中的Mn质量浓度与时间符合Elovich动力学方程.     

凹凸棒土负载铁盐吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附性能

研究凹凸棒土负载铁盐吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附性能.考察了pH、凹凸棒土热改性温度、粒度、铁盐浓度等因素对吸附As(Ⅴ)性能的影响.结果表明,热改性温度为600℃的凹凸棒土负载铁盐吸附剂吸附As(Ⅴ)效果比200℃和400℃都好,其对As(Ⅴ)的吸附行为符合Freundlich模型.当pH值6.0时,600℃热改性200—400目的凹凸棒土负载0.5 mol·L-1Fe(NO3)3吸附剂的最大吸附量为1.1669 mg·g-1,重复使用时性能稳定,具有处理含As(Ⅴ)废水的应用前景.     

纳米氧化铝/氧化锰-硅藻土复合物对磷酸根阴离子的吸附

为改善纳米金属氧化物颗粒在硅藻土表面的负载特性,在保留硅藻土大孔结构的同时提高纳米颗粒的分散性,本研究通过原位合成/负载法,制备出一种具有多级孔结构的纳米氧化铝/氧化锰-硅藻土复合物(Dt-Al-Mn).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和氮气吸脱附等温线分析等手段对其进行物相、形貌及孔结构等表征,并通过吸附实验来探究其对磷酸根离子的吸附特性.结果表明,硅藻土表面均匀负载了铝-锰双金属氧化物颗粒薄膜,该颗粒薄膜以无定形存在.Dt-Al-Mn不仅保留硅藻土的大孔结构,并且形成了大量的微孔和介孔结构,其比表面积和孔容为352.4 m~2·g~(-1)和0.535 cm~3·g~(-1),远高于硅藻土(Dt)和硅藻土负载氧化铝材料(DA).Dt-Al-Mn对磷酸根的最大吸附量为67.9 mg P·g~(-1),其吸附等温线较好地符合于Langmuir模型.综上所述,Dt-Al-Mn有望成为一种具有应用前景的富营养化水体修复材料.     

Cd(Ⅱ)与As(Ⅴ)在土壤铁氧化物和细菌表面上的共吸附研究

中国南方土壤常常受到镉砷复合污染,镉砷的化学特性截然不同,因此在土壤不同组分表面的化学行为存在显著区别。在南方偏酸性土壤中铁氧化物占固相比例很大,基于此,选取两种典型土壤组分,即铁氧化物(针铁矿)和微生物(蜡状芽孢杆菌Bacillus cereus),通过批吸附实验结合X-射线光电子能谱探究Cd(Ⅱ)与As(Ⅴ)的共吸附特点和潜在机制,得到如下结果:在单一体系中,针铁矿对As(V)的亲和力较强,Langmuir模型拟合得到最大吸附量为1259.82 mmol·kg^-1,而蜡状芽孢杆菌对Cd(Ⅱ)的亲和力较强,最大吸附量可达1291.64 mmol·kg^-1。XPS结果表明,针铁矿表面铁羟基和细菌表面羧基和酰胺/胺基在Cd(Ⅱ)、As(Ⅴ)吸附过程中发挥主导作用;在Cd(Ⅱ)-As(Ⅴ)复合体系中,可能形成吸附剂-Cd-As或吸附剂-As-Cd三元络合物。该研究证实,镉砷在典型土壤铁氧矿物体系中的吸附存在普遍的促进效应,在微生物体系中存在不同程度的抑制,Cd(Ⅱ)与As(Ⅴ)的共吸附规律在土壤矿物和微生物上存在区别,这也意味着在土壤根际土壤与非根际土壤中有较大差异。因此在预测土壤Cd(Ⅱ)、As(Ⅴ)共存规律时也要考虑土壤组成,特别是有机物的含量等因素。该研究结果可为预测镉、砷在土壤组分上的迁移转化行为提供参考,为调控镉砷形态,对预测镉、砷在土壤中的生物地球化学循环有一定的参考价值。     

生物遗态氧化锰基镁铝水滑石的制备及铅吸附性能

本文以棉花为模板,浸渍醋酸锰溶液进而再煅烧的方法制备出具有棉花生物遗态的氧化锰.以氧化锰为基底,采用水热合成法制备出氧化锰基镁铝水滑石.利用热重差热(TG-DTA)分析、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其进行表征.将所得样品在500℃下煅烧,研究所得氧化物对铅离子的吸附性能,对吸附剂用量、初始浓度、温度、时间等对吸附有影响的因素进行了系统的研究.结果表明,在25℃下,50 mg生物遗态氧化锰基镁铝氧化物吸附浓度为50 mg·L-1的铅离子溶液,去除率可达99%以上,吸附可在120 min基本达到平衡,吸附动力学模型符合准二级动力学.吸附等温线符合D-R模型,吸附属于物理吸附,且升温有利于吸附.     

锆铁复合氧化物颗粒对As（Ⅴ）的去除研究

系统研究了锆铁氧化物颗粒吸附剂（GZI）对As（Ⅴ）的去除性能,考察了反应时间、溶液pH、初始As（Ⅴ）浓度、共存离子等反应条件的影响.同时评价了吸附后材料的脱附性能及动态处理后材料的安全性.实验结果显示,初始浓度低于20 m.gL^-1时,5 h后As（Ⅴ）在GZI吸附剂上达到平衡,初始浓度为50 m.gL^-1时,...     

给水厂残泥-海藻酸钠胶珠对磷的吸附特性

为解决给水厂残泥(WTR)作为磷吸附材料用于水处理工艺时存在的沉降性能差和易堵塞等问题,本研究利用海藻酸钠包埋法制备了给水厂残泥-海藻酸钠(WTR-SA)胶珠,考察了WTR-SA胶珠对磷的吸附与解吸附特征.研究结果表明WTR-SA胶珠对磷的动力学吸附过程符合准二级动力学方程(R~2=0.9957),Freundlich方程能较好描述其对磷的等温吸附过程(R~2=0.9907),Langmuir方程模拟得到的磷饱和吸附量为1.878 mg·g~(-1);随着溶液pH的升高,WTR-SA胶珠对磷的吸附量呈现先上升后下降的趋势,在pH5时吸附量最高;WTR-SA胶珠对磷的吸附稳定,在接近饱和吸附量条件下,磷的解吸率仅为0.72%;磷分级提取结果表明磷主要以稳定的铝结合态、铁结合态和钙结合态存在于WTR-SA胶珠中,3种赋存形态含量占比分别为43.2%、22.7%和21.3%.