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。     

典型铁氧化物对Hg(Ⅱ)吸附及其机制的比较研究

以自然环境中广泛存在的水铁矿、赤铁矿、针铁矿3种典型铁氧化物为研究对象，比较了不同实验条件下(pH、黄腐酸、共存离子、离子强度)3种铁氧化物对Hg(Ⅱ)的吸附过程及其机制.结果表明：水铁矿(37.49 mg·g^-1)和针铁矿(35.60 mg·g^-1)对汞的吸附量相当，赤铁矿对汞的吸附量(15.92 mg·g^-1)较低；吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型；吸附热力学研究发现，水铁矿、赤铁矿吸附汞的△H为正值，表明温度升高有利于吸附，而针铁矿与之相反；溶液pH值从3升至9时，水铁矿、赤铁矿、针铁矿对汞的吸附量分别提高了53.10%、37.73%、50.53%；添加黄腐酸可提高铁氧化物对汞的吸附；离子强度增加，针铁矿对汞的吸附量下降，而水铁矿和赤铁矿与之相反；不同阴离子共存时，水铁矿受P₂O₇^4-的影响最为显著.结合X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱仪分析结果，水铁矿主要吸附机理是吸附剂表面—OH中的H+被Hg2+替换形成了内表面络合物，针铁矿主...     

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.      

赤铁矿对砷的吸附解吸及氧化特征

采用等温吸附热力学的方法,研究了赤铁矿(α-Fe2O3)对三价砷离子的吸附和氧化特征,以及温度、pH值等因素对吸附和氧化效果的影响.研究结果表明,Langmuir方程可以很好地表述吸附量与初始三价砷离子浓度的关系(R2=0.9939);随着初始砷离子浓度的增大,溶液中As(V)的浓度(氧化量)也逐渐增大,然而氧化率却随着初始砷离子浓度的增大而减小;35℃条件下的吸附量和吸附率、氧化量和氧化率都比25℃时大,表明升高温度有利于赤铁矿对砷离子的吸附和氧化作用.溶液酸度对于As(Ⅲ)的吸附和氧化有着不同的影响,在pH<8时,吸附量和吸附率随pH上升而增加,在pH=8时达到最大,随后随pH上升而减小;当pH低于6.0时,随着pH的增加As(Ⅲ)氧化量、氧化率逐渐增大,而当pH高于6.0时.随着pH增加As(Ⅲ)氧化量反而降低.最大氧化量出现在pH=6.0处.     

离子强度和pH对针铁矿吸附水溶液中Cd(Ⅱ)的影响

探讨了初始浓度、接触时间、pH、离子强度等因素对针铁矿对去除水溶液中Cd(Ⅱ)的影响。利用X射线粉末衍射仪(XRD)对针铁矿进行表征,并通过批量实验研究了针铁矿对Cd(Ⅱ)吸附动力学和等温吸附机理。结果表明:针铁矿比表面积为82. 36 m~2/g;准二级动力学和Langmuir等温吸附适用于针铁矿对Cd(Ⅱ)的吸附,相关系数分别为0. 9535和0. 9915;当25℃、pH为5时,用Langmuir等温线计算得到其最大吸附量为35. 29 mg/g;针铁矿吸附Cd(Ⅱ)能力随pH增大而增大;随着CaCl_2的浓度增大,针铁矿对Cd(Ⅱ)的吸附量减小,随着MgCl_2的浓度增大,针铁矿对Cd(Ⅱ)的吸附量先减小后上升,总体有抑制作用。     

水铁矿及其胶体对砷的吸附与吸附形态

采用吸附实验,通过吸附动力学和吸附等温模型,研究了水铁矿及其胶体对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力.在此基础上,使用连续提取和As化学形态提取技术分别对水铁矿及其胶体固相上吸附As的结合形态和化学形态进行提取分析.吸附动力学研究以及Langmuir和Freundlich两种吸附等温模型拟合结果表明,水铁矿及其胶体对As的吸附为多层吸附,且易于进行.水铁矿胶体对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量分别为194.8 g·kg~(-1)和107.3 g·kg~(-1),而水铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力分别为155.2 g·kg~(-1)和104.4 g·kg~(-1),均低于水铁矿胶体.水铁矿及其胶体吸附的As以专性吸附As、无定形铁氧化物结合As和晶型铁氧化物结合As形式存在,胶体上未形成残渣态As.因此,水铁矿胶体吸附As的牢固程度低于吸附As后形成残渣态As的水铁矿,且所吸附的As容易重新释放到环境中,增加环境风险.水铁矿单独存在时不具有将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ)的能力.     

pH和络合剂对五价锑在水钠锰矿和水铁矿表面吸附行为的影响

研究了pH和络合剂对Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面吸附性能的影响.结果表明,水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)有良好的去除效果,初始pH显著影响水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)的去除效率.随着初始pH值的降低,水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)的去除率显著增加.在初始pH 5.0时,Sb(Ⅴ)的去除率、吸附速率和吸附量要优于pH 7.0和9.0.Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附行为符合准二级动力学模型.在初始pH 5.0时,Langmuir模型可以较好地描述Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附过程.柠檬酸和乙二胺四乙酸(EDTA)两种络合剂显著抑制了Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附效果.     

胡敏酸-针铁矿复合胶体对Pb2+的吸附特征

采用批平衡试验法,研究了胡敏酸-针铁矿复合胶体对Pb2+的等温吸附特征及pH值、离子强度、温度及共存Cd2+对复合胶体吸附Pb2+的影响.结果表明:在相同离子强度和温度条件下,pH值升高,最大吸附量(Smax)和吸附平衡常数(k)均增大,有利于吸附反应的进行.等温吸附方程以Langmuir方程拟合效果最好.当Pb2+平衡浓度为124.7mg/L时,吸附量增幅最大,达35mg/g.复合胶体对Pb2+的吸附动力学方程以Elovich方程拟合效果最好.pH值增大,平衡吸附速率提高.在相同pH值和离子强度条件下,温度升高,最大吸附量、吸附平衡常数、自由能变△G°的绝对值均增加,表明升高温度有利于吸附反应的进行.在相同温度和pH值条件下,复合胶体对Pb2+的吸附量随着离子强度的增加而增加.当存在Cd2+时,复合胶体对Pb2+的吸附量有所降低,但Cd2+对Pb2+竞争吸附影响不大.     

腐殖酸对针铁矿吸附磷的影响机理

通过添加HA(Humic acid,腐殖酸),研究不同环境条件下HA对针铁矿吸附磷的影响. 结果显示,加入HA能显著降低磷吸附量,pH为4.5时分别加入100和40 mg/L HA,磷的最大吸附量分别降低了26.6%和25.6%;pH为7.0时分别加入100和40 mg/L HA,磷的最大吸附量分别降低了26.8%和23.1%. 不同添加顺序试验结果表明:针铁矿对磷的吸附量大小顺序为后添加HA>同时添加HA和磷>先添加HA;无论是否添加HA,针铁矿对磷的吸附量都随着pH的升高而降低,相应的吸附等温线也都符合Langmuir吸附等温方程;总有机碳和红外光谱特征表明,HA和磷在针铁矿表面吸附点位形成竞争吸附,并且针铁矿表面的羟基在吸附磷和HA的过程中起到了一定的作用.      

流动搅动法研究针铁矿对亚砷酸盐的吸附特征

采用流动搅动法,在溶液p H、浓度和温度影响条件下,研究针铁矿对亚砷酸盐吸附的特征.结果表明,在不同条件下,亚砷酸盐的吸附过程分为快反应和慢反应这2个阶段.随溶液p H的升高,砷的吸附量逐渐降低,表观吸附速率常数(k')逐渐增大,半反应时间(t1/2)也就越小,砷的吸附反应达到平衡时间就越短,且砷的扩散速率常数b值也逐渐降低.溶液p H 3.0和p H7.0时,砷最大吸附量分别为246.9 mg·kg~(-1)和99.8 mg·kg~(-1).随着砷浓度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数(k')逐渐增大;砷浓度为0.10 mg·L~(-1)和1.00 mg·L~(-1)时,砷的最大吸附量分别为96.5 mg·kg~(-1)和249.1 mg·kg~(-1).Freundlich方程中吸附常数Kf值随着时间的延长逐渐降低,其吸附能力是逐渐减弱的.Langmuir方程分配因子RL在0~1之间,表现为针铁矿上砷的吸附为优惠吸附.随着温度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数k'值也逐渐升高.温度为298K和313 K时,砷最大吸附量分别为241.1 mg·kg~(-1)和315.6 mg·kg~(-1).用抛物线扩散方程b值来计算扩散过程的伪热力学常数,砷吸附反应的活化能(E*a)为14.60 k J·mol~(-1).砷扩散活化焓变(ΔHθ)随着温度的升高有所降低,ΔHθ均为正值,扩散过程为吸热反应,升高温度有利于砷的吸附;活化自由能变(ΔGθ)随着温度的上升而升高,升高温度有利于加快扩散过程;ΔSθ值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加.     

Bacterial reduction and release of adsorbed arsenate on Fe(Ⅲ)-, Al- and coprecipitated Fe(Ⅲ)/Al-hydroxides

Mobilization of arsenic under anaerobic conditions is of great concern in arsenic contaminated soils and sediments. Bacterial reduction of As(V) and Fe(Ⅲ) influences the cycling and partitioning of arsenic between solid and aqueous phase. We investigated the impact of bacterially mediated reductions of Fe(Ⅲ)/Al hydroxides-bound arsenic(V) and iron(Ⅲ) oxides on arsenic release. Our results suggested that As(V) reduction occurred prior to Fe(Ⅲ) reduction, and Fe(Ⅲ) reduction did not enhance the release of arsenic. Instead, Fe(Ⅲ) hydroxides retained their dissolved concentrations during the experimental process, even though the new iron mineral-magnetite formed. In contrast, the release of reduced As(Ⅲ) was promoted greatly when aluminum hydroxides was incorporated. Thus, the substitution of aluminum hydroxides may be responsible for the release of arsenic in the contaminated soils and sediments, since aluminum substitution of Fe(Ⅲ) hydroxides universally occurs under natural conditions.     

河口沉积物对砷的吸附性能及影响因素

对比分析了砷在辽东湾营口河口外侧近海域沉积物和河口内侧河流段沉积物上的含量和吸附行为,并探讨了主要影响因素.结果表明,海域沉积物和河流段沉积物中As含量分别为7.5和4.0 mg/kg,相对于As的效应临界浓度TEL值7.2 mg/kg,海域沉积物中有一定的As污染.河口外侧近海域沉积物由于铁锰铝等金属和有机质含量较高...     

Mg/Al双金属氧化物对As(V)吸附性能的研究

研究了以镁铝水滑石为原料制备的Mg/Al双金属氧化物对溶液中As(V)的吸附作用及其影响因素.结果表明：Mg/Al双金属氧化物对As(V)具有较强的吸附能力,吸附规律符合Langmuir等温吸附方程,根据计算所得的理论最大吸附量为51.02 mg·g-1,与实验得出的最大吸附量50.53 mg·g-1基本一致;运用3种...     

Effects of solution chemistry on arsenic(Ⅴ) removal by low-cost adsorbents

Natural and anthropogenic arsenic （As） contamination of water sources pose serious health concerns, especially for small communities in rural areas. This study assessed the applicability of three industrial byproducts （coal fly ash, lignite, and green waste compost） as the low-cost adsorbents for As（V） removal under various field-relevant conditions （dissolved oxygen, As（V）/Fe ratio, solution pH, and presence of competing species）. The physico-chemical properties of the adsorbents were characterized by XRD, XRF, FT-IR, and NMR analysis. Batch experiments demonstrated that coal fly ash could provide effective As（V） removal （82.1%-95%） because it contained high content of amorphous iron/aluminium hydroxides for As（V） adsorption and dissolvable calcium minerals for calcium arsenate precipitation. However, the addition of lignite and green waste compost was found unfavourable since they hindered the As（V） removal by 10%-42% possibly due to dissolution of organic matter and ternary arsenate-iron-organic matter complexes. On the other hand, higher concentrations of dissolved iron （comparing As（V）/Fe ratios of 1：1 and 1：10） and dissolved oxygen （comparing 0.2 and 6 mg/L） only marginally enhanced the As（V） removal at pH 6 and 8. Thus, addition of dissolved iron, water aeration, or pH adjustment became unnecessary because coal fly ash was able to provide effective As（V） removal under the natural range of geochemical conditions. Moreover, the presence of low levels of background competing （0.8 or 8 mg/L of humic acid, phosphate, and silicate） imposed little influence on As（V） removal, possibly because the high adsorption capacity of coal fly ash was far from exhaustion. These results suggested that coal fly ash was a potentially promising adsorbent that warranted further investigation.     

铁盐与铝盐混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑效果对比

实验以三氯化铁和三氯化铝作为混凝剂,对比研究了混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑的效果,重点探讨了反应终点pH、EDTA浓度、Fe/Al投加量以及共存重金属离子对砷、锑去除效果的影响。结果表明:1)对于EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,铝盐比铁盐效果更优;2)EDTA的存在不仅降低了铁盐/铝盐混凝对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的吸附去除效果,同时抑制了砷酸铁、锑酸铁等物质的生成,削弱了铁盐对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的沉淀去除。EDTA导致铁盐混凝过程中生成粒径较大、表面活性较低的稳定结晶态絮体;3)当c(EDTA)=0.05 mol/L时,在pH=5、ρ(Al)=2000 mg/L的条件下,铝盐对EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除率分别高达98.00%和93.09%;4)共存重金属离子通过与EDTA络合,增加了絮体Al(OH)₃的生成量,促进了As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)去除。由此表明,铝盐能够有效实现EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,对于推动基于EDTA的土壤淋洗技术的广泛应用具有重要意义。     

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.     

原位载铁中孔活性炭吸附As和天然有机物效能

采用配煤、原位浸渍和两步活化法制备了4种原位载铁活性炭（FGL1/2/3/4）,并以空白炭C-GL为基础的表面铁浸渍后改性炭（Fe-GL-2/3/4）为对照,研究了原位载铁炭对水中As和腐植酸（HA）的同步吸附效能.结果表明,炭化料原位载铁促进了比表面积（S_BET）和中孔结构的发育.其中,原位载铁炭FCL4（载铁量6.51%）在45Å~480Å的范围内的中孔容积（V_mes）比C-GL增加了0.1146cm³/g;而后改性载铁则造成S_BET和V_mes的显著降低.原位载铁同时促进了表面碱度的增加,保证了中性条件下更好的As离子吸附能力;FCL4对As（Ⅲ）和As（V）的Langmuir最大吸附量（L-Q_max）分别达到2.566和2.825mg/g.原位载铁炭进一步发育的中孔结构促进了对HA（<10mg DOC/L）的吸附效能,FGL4对HA的Langmuir最大吸附量（Q_HA）达到46.25mg DOC/g.As-HA共存体系内FGL4对各组分的吸附容量有所降低,但As（Ⅲ）和As（V）的吸附容量仍达到2.325和2.675mg/g.     

A laboratory scale study on arsenic（Ⅴ） removal from aqueous medium using calcined bauxite ore

The present work deals with the As（Ⅴ） removal from an aqueous medium by calcined refractory grade bauxite （CRB） as a function of solution pH, time, As（Ⅴ） concentration and temperature. The residual As（Ⅴ） was lowered from 2 mg/L to below 0.01 mg/L in the optimum pH range 4.0-7.0 using a 5 g/L CRB within 3 h contact time. The adsorption data fits well with Langmuir isotherm and yielded Langmuir monolayer capacity of 1.78 mg As（Ⅴ）/g of CRB at pH 7.0. Presence of anions such as silicate and phosphate decreased As（Ⅴ） adsorption efficiency. An increase temperature resulted a decrease in the amount of As（Ⅴ） adsorbed by 6%. The continuous fixed bed column study showed that at the adsorbent bed depth of 30 cm and residence time of 168 min, the CRB was capable of treating 340 bed volumes of As（V） spiked water （C0 = 2 mg/L） before breakthrough （Ce = 0.01 mg/L）. This solid adsorbent, although not reusable, can be considered for design of adsorption columns as an efficiency arsenic adsorption media.     

Decoupling the adsorption mechanisms of arsenate at molecular level on modified cube-shaped sponge loaded superparamagnetic iron oxide nanoparticles

In this study, a commercial cube-shaped open-celled cellulose sponge adsorbent was modified by in-situ co-precipitation of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) and used to remove As(V) from aqueous solutions. Fe K-edge X-ray absorption spectroscopy (XAS) and TEM identified maghemite as the main iron phase of the SPION nanoparticles with an average size 13 nm. Batch adsorption experiments at 800 mg/L showed a 63% increase of adsorption capacity when loading 2.6 wt.% mass fraction of SPION in the cube-sponge. Experimental determination of the adsorption thermodynamic parameters indicated that the As(V) adsorption on the composite material is a spontaneous and exothermic process. As K-edge XAS results confirmed that the adsorption enhancement on the composite can be attributed to the nanoparticles loaded. In addition, adsorbed As(V) did not get reduced to more toxic As(III) and formed a binuclear corner-sharing complex with SPION. The advantageous cube-shape of the sponge-loaded SPION composite together with its high affinity and good adsorption capacity for As(V), good regeneration capability and the enhanced-diffusion attributed to its open-celled structure make this adsorbent a good candidate for industrial applications.