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.     

铁锰复合氧化物的制备及其吸附除砷性能

采用共沉淀法制备了新型铁锰复合氧化物吸附剂,并对其表面特性及除砷性能进行了初步研究.ξ电位测试表明,铁锰复合氧化物pHzpc在6.0附近,SEM/EDX表征证明吸附剂表面Fe和Mn的相对摩尔比为3∶1;铁锰复合氧化物对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均表现出很强的吸附能力,并且吸附速度快,在60min内即可达到平衡吸附容量的80%;该吸附剂在天然水环境pH范围内均有良好吸附除砷能力,磷酸根、硅酸根、碳酸根等阴离子对除砷效果有不同程度的影响,其余共存阴、阳离子及天然有机物在中性水环境中对除砷效果影响不大;采用Langmuir吸附等温线能较好地描述铁锰复合氧化物吸附As(Ⅴ)的过程(R2=0.997),而Freundlich方程能较好地拟合As(Ⅲ)的吸附过程(R2=0.989),对As(Ⅴ)与As(Ⅲ)的饱和吸附容量分别达到227mg·g-1和312 mg·g-1.     

新型铁铜锰复合氧化物颗粒吸附剂As(Ⅲ)吸附行为与机制研究

以壳聚糖为黏合剂,采用包覆法制备了一种新型除砷吸附剂——颗粒状铁铜锰复合氧化物(GFCM). GFCM吸附剂为不完全球状,直径0.7～1.0 mm,可以有效地将As(Ⅲ)氧化成As(V),并对形成的As(V)具有良好的吸附效果. GFCM对As(Ⅲ)的最大吸附容量(pH 7.0)为56.5 mg·g~(-1),显著优于目前已报道的多数颗粒状除砷吸附剂.溶液pH在5.0～9.0范围内, GFCM对As(Ⅲ)均有较好的吸附效果,离子强度则对砷吸附效果影响较小.共存阴离子对As(Ⅲ)吸附具有抑制作用,影响的大小顺序为:PO■ SiO■ CO■ Cl~- SO■.吸附As(Ⅲ)后的GFCM可用NaOH溶液进行有效脱附再生,可重复使用.在As(Ⅲ)的去除过程中,吸附剂中锰氧化物的主要作用是氧化As(Ⅲ),铁氧化物与铜氧化物的主要作用是吸附As(Ⅲ)与氧化形成的As(V),且铜氧化物有助于增强GFCM的砷吸附性能.     

铁锰生物污泥吸附磷

采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、比表面和孔隙度分析仪等设备,研究了由生物除铁除锰滤柱反冲洗铁锰生物污泥制得的铁锰氧化物的表征性状,并结合等温吸附-解吸和动力学实验研究对铁锰氧化物吸附磷的吸附特性和相关机制进行探究.结果表明:供试铁锰氧化物是球形颗粒聚合体,孔隙发达且多以微孔形式存在,比表面积为285.6m2/g.铁锰氧化物的磷吸附特性可用Langmuir方程和Freundlich方程来描述,相关系数均大于0.9,达到极显著水平,吸附容量为39.06mg/g.中性盐介质(KNO3)中在最大吸附量时P的解吸率为13.04%.铁锰氧化物对磷的吸附焓变△H0为正值,是吸热过程,吉布斯自由能变△G0为负值,该吸附过程是自发进行的.准二级动力学模型可较好地反映供试铁锰氧化物的等温吸附动力学.     

原位形成生物铁锰氧化物对砷(Ⅲ/V)的去除效果与机制

通过改变砷的初始浓度、砷价态、细菌接种比、铁锰浓度等因素来研究不同条件下Pseudomonas putida strain MnB1原位诱导形成生物铁锰氧化物（Biogenic Fe-Mn oxides,BFMO）对As（Ⅲ）和As（V）的去除效果与机制.结果表明：①当As（Ⅲ）和As（V）初始浓度为0.5~5 mg·L^-1时,原位形成的BFMO对As（Ⅲ）和As（V）有良好的去除效率,均在62%以上;②当细菌接种比为0.1%~0.5%时,As（Ⅲ）和As（V）的去除效率与细菌接种比成正比,当细菌接种比大于0.5%时,As（Ⅲ）和As（V）的去除效率基本维持在85%以上,未发生明显变化;③当MnCO₃浓度为0.2~0.8 g·L^-1或Fe（Ⅱ）浓度为2.5~25 mg·L^-1时,原位诱导产生的BFMO对As（Ⅲ）和As（V）的去除率随MnCO₃浓度或Fe（Ⅱ）浓度的增加而增大;当MnCO₃或Fe（Ⅱ）浓度再升高时,As（Ⅲ）和As（V）的去除效率基本保持不变.微观特征分析结果表明,原位形成的BFMO与As（Ⅲ）和As（V）反应后主要产物为As（V）,其去除主要以吸附为主,还存在共沉淀作用.总体而言,原位形成的BFMO适用于砷污染水环境的修复.     

高效除砷分子筛新型材料制备及其吸附特性研究

为提高4A分子筛(MS)对水溶液中砷的吸附性能,以MS为载体,采用浸渍法制备载铁分子筛(FMS)和铁锰分子筛(FMMS)作为除砷吸附剂,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积测试法(BET)等手段对MS和FMS微观结构特点进行表征,并开展批次试验考察FMS和FMMS对水中五价砷(As5+)和三价砷(As3+)的吸附效果,对FMS吸附As5+过程进行吸附动力学、等温吸附试验和吸附热力学等拟合.结果表明:①铁盐浸渍改性能有效提高MS比表面积、改善其表面结构,改性后FMS是一种窄孔径、尺寸均匀的介孔材料,比表面积和孔体积分别从27.38 m2/g和0.068 cm3/g增至281.25 m2/g和0.16 cm3/g,平均孔径由9.93 nm减至2.21 nm;MS微观结构由密实粗糙颗粒转变为疏松多孔隙结构.②FT-IR表明,铁盐浸渍形成的铁氧化物主要与MS结构中O—H、Al—O和Si—O结合;批次试验设定ρ(As5+)为4 mg/L,与MS相比FMS对As5+的去除率约提高70%.③吸附动力学结果显示,FMS对As5+的吸附过程符合准二级动力学模型,相关系数(R2)达0.99,反应过程中化学吸附起主要作用.④等温吸附试验表明,FMS对As5+吸附过程与Freundlich等温吸附模型拟合程度较高,相关系数(R2)达0.98,计算最大吸附容量为9.9 mg/g.⑤热力学参数ΔG、ΔH和ΔS计算表明,温度升高有利于FMS吸附砷,反应过程中FMS表面固体与溶液的混乱度上升.⑥与FMS相比,FMMS对As3+吸附性能有效提高,ρ(As3+/As5+)(As3+与As5+共存条件下溶液质量浓度)分别为2.0、4.0、6.0 mg/L下,FMMS去除率分别约提高26.34%、28.06%和28.09%.研究显示,利用铁盐浸渍法对MS改性可有效提升其对As5+和As3+的吸附容量,发挥材料的实际运用价值.      

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.     

钙铝类水滑石衍生复合氧化物的SO2储存性能研究

采用共沉淀法制备系列钙铝类水滑石材料[CaxAl-LDH(x=1,2,3)],经高温焙烧获得其衍生复合金属氧化物.采用X射线衍射仪(XRD)、气体吸附仪(BET)、热重分析仪(DTG)、程序升温脱附(TPD)等对复合氧化物的晶体结构、比表面积和孔结构、碱性位分布等进行表征,并测定了复合金属氧化物在700℃时储存SO2的性能.结果表明,制备的CaxAl-LDH前驱物结构均一、结晶度良好,前驱物经800℃焙烧后,层间氢氧根、水和阴离子脱去形成CaO及(CaO)x(Al2O3)y的混合氧化物,随着Ca含量的增加,样品完全失重温度增高,Ca3Al-LDO具有最高的比表面积(30.8 m2.g-1)、孔容(21.3 cm3.g-1)和最多的碱性位中心,在700℃下SO2吸附量达0.29 g·g-1.     

不同水分条件下铁基氧化物对土壤砷的稳定化效应研究

应用等温吸附试验及室内模拟培养的方法,研究了Fe2O3、Nano-Fe2O3和铁锰双金属氧化物(FMBO)等铁基氧化物对砷的吸附特性和对不同含水量土壤中砷的稳定化效应.从等温吸附试验结果来看,3种铁基氧化物对As(V)和As(Ⅲ)的吸附过程符合准二级动力学方程,12 h后基本达到吸附平衡,吸附等温线符合Langmuir方程,FMBO对As(V)和As(Ⅲ)的吸附容量显著大于Fe2O3和Nano-Fe2O3,且对As(Ⅲ)的饱和吸附容量大于As(V),能够起到氧化和吸附的双重作用.从对不同含水量土壤中砷的稳定化效果来看,Nano-Fe2O3和FMBO在风干和田间持水量土壤中均能达到90%以上的稳定化效率,显著高于Fe2O3;在土壤水分饱和条件下,FMBO的稳定化效率仍保持在93.5%以上,且能够将土壤中As(Ⅲ)氧化成As(V),而Fe2O3和Nano-Fe2O3分别仅为29.4%、81.4%.3种铁基氧化物的添加会使土壤中砷的结合态发生变化,Fe2O3、NanoFe2O3主要使砷由F1非专性吸附态和F2专性吸附态向F4结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变,添加FMBO主要向F3无定形或弱结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变.总体看来,在非饱和状态的土壤,Nano-Fe2O3和FMBO均为良好的稳定化材料,而对于长期淹水的稻田或地下水位较高的地区,或者由于降雨造成土壤滞水等情况,FMBO可以作为一种优良的稳定化材料用于土壤砷污染修复.     

铁锰泥除砷颗粒吸附剂对As(Ⅴ)的吸附去除

以除铁除锰生物滤池反冲洗泥为主要原料制备除砷颗粒吸附剂(granular adsorbents for arsenic removal,GA),使用SEM、XRD与BET等技术对其进行表征,并考察了GA对As(Ⅴ)的吸附机制和性能.结果表明,GA表面粗糙且孔隙发达;XRD图谱中出现石英晶体和少量赤铁矿晶体衍射峰,内部结晶度差;比表面积为43.8 m~2·g~(-1),存在大量介孔.吸附动力学过程符合准二级动力学模型.Freundlich等温方程更符合其吸附行为(R2=0.994).最大吸附容量为5.05 mg·g~(-1).进一步分析表明,在pH为1.1~9.5的范围内,GA对As(Ⅴ)具有较好的吸附效果.H_2PO_4~-与SiO_3~(2-)能显著抑制As(Ⅴ)的吸附,而HCO_3~-、SO_4~(2-)对吸附效果影响相对较小.GA的可再生性好,3次再生后吸附量相当于初始吸附量的82%.     

基于铁锰泥的除砷吸附剂性能比较及吸附机理

为解决反冲洗铁锰泥粉末吸附剂（BSPA）使用后难以泥水分离问题,将除铁锰水厂生物滤池产生的反冲洗泥制成颗粒吸附剂（GA）和磁性粉末吸附剂（MPA）,并对BSPA、GA和MPA的除砷性能进行了比较,通过SEM、TED、XRD、BET、FTIR等技术对3种材料进行了表征,寻找3种吸附剂之间除砷性能差异的根源.结果表明,BSPA、GA和MPA对As （V）的最大吸附容量分别为40.980,5.048,8.694mg/g,改性后的吸附材料GA和MPA对砷的吸附能力下降.BSPA是一种以纤铁矿为主的无定形结构混合物,并混有针铁矿和结晶度差的水铁矿,GA的XRD图谱中出现石英晶体和少量赤铁矿晶体的衍射峰,而MPA的主要成分为结晶程度较高的磁赤铁矿.3种材料中均存在有利于吸附的含羟基官能团.BSPA、MPA和GA的比表面积分别为253.150,238.660,43.803m²/g.物相改变且结晶程度增加、表面羟基减少和比表面积降低是导致GA和MPA的砷吸附容量比BSPA低的主要因素.     

磷酸水热预处理制备高比表面积高介孔率活性炭

以锯末为原材料,采用磷酸水热预处理后活化的工艺制备高介孔率活性炭,以比表面积和孔容为评价标准,通过单因素实验探究了酸料比、活化温度、活化时间对活性炭比表面积及总孔容的影响规律,验证了该工艺的可行性.最优条件下所制备的活性炭比表面积为2579 m~2·g~(-1),介孔率达到96.6%,充分说明磷酸水热预处理工艺能够显著提高活性炭介孔孔容占比.亚甲基蓝(MB)吸附实验数据与Redlich-Peterson模型拟合度较好,样本活性炭对MB的吸附为单分子层吸附,最大单层吸附量为618.35 mg·g~(-1),接近于实验测试值632.79 mg·g~(-1),表明该方法制备的活性炭具有良好的MB吸附性能.     

场地土壤中有效态砷的稳定化处理及机理研究

分别以生石灰和亚铁盐作为辅助剂与稳定剂对2种砷污染的土壤进行稳定化处理,通过化学浸出、形态及结构研究,揭示土壤中有效砷的稳定效率和机理.结果表明,外源铁添加量与土壤砷含量(Fe/As)的物质的量比达到6:1~8:1,CaO投加比例为0.05%~0.1%(w/w)时,土壤中有效态砷的稳定效率超过85%.土壤有效砷的稳定化处理主要是将砷从非专性吸附态和专性吸附态转化为弱结晶的铁铝或铁锰水化氧化物结合态、结晶铁铝或铁锰水化氧化物结合态.稳定处理后2种污染土均有新物相羟砷铜矿(As2Cu5H4O12)生成.     

Shewanella oneidensis MR-1对不同价态砷的生物转化与甲基化

在实验室纯培养条件下,通过分别向培养基中投加As(Ⅲ)和As(Ⅴ),探讨Shewanella oneidensis MR-1对不同价态砷的生物转化与甲基化作用.结果表明,S.oneidensis MR-1介导下不同价态砷的生物转化与微生物对砷的耐受和代谢特性有着密切联系,在投加As(Ⅲ)时,由于细胞自身的解毒作用会产生少量的As(Ⅴ),同时在酶的作用下As(Ⅲ)与甲基供体结合生成甲基砷;而在投加As(Ⅴ)时,遵循Challenge机制,先产生一甲基砷后生成二甲基砷.此外,弱酸性环境比碱性更有利于甲基砷的产生;温度30℃时甲基砷的产生量较高,过低或过高的培养温度砷甲基化率下降.     

高锰酸钾强化三氯化铁共沉降法去除亚砷酸盐的效能与机理

研究了不同水质条件下KMnO₄强化FeCl₃共沉降去除亚砷酸盐[As(Ⅲ)]的效能与机理.考察了pH值、天然有机物(NOM)等因素对As去除效能的影响.结果表明,投加KMnO₄显著提高了FeCl₃共沉降除砷(FCP)工艺对As(Ⅲ)的去除效能.随着Fe(Ⅲ)投量由2.0mg/L增大到8.0mg/L,对于FCP工艺,As去除率由41.3%提高到75.4%;而对于KMnO₄-FeCl₃共沉降除砷(POFCP)工艺,As去除率则由61.2%提高至99.3%.FCP及POFCP工艺对As的去除率均随着pH值的升高而升高;与FCP工艺比较,pH值对POFCP工艺除As效果影响较小;NOM降低了FCP工艺对As的去除率,而对POFCP工艺无明显影响.KMnO₄的氧化作用是强化As(Ⅲ)去除效能的主要因素,而KMnO₄的还原产物水合MnO₂(s)对As(Ⅲ)也具有一定的去除能力.POFCP工艺是强化去除水中As(Ⅲ),以保障安全饮用水供给的有效方法.     

带菌盐藻对不同形态砷的富集和转化研究

自然环境中藻和菌多是共生的,藻菌共生体对污染环境修复具有较好的应用前景.本研究通过16S rRNA序列分析方法从带菌盐藻中分离鉴定出1株芽胞杆菌(Bacillus solisalsi),并测定了不同浓度的亚砷酸盐[As(Ⅲ)]和砷酸盐[(As(Ⅴ)]胁迫13 d后,带菌盐藻对砷的吸收、吸附、转化情况以及培养液中的砷含量及其形态.结果表明,无菌盐藻对砷的耐性较强,在250μmol·L-1和500μmol·L-1As(Ⅲ)胁迫下,砷含量分别为3.78 g·kg-1和4.56 g·kg-1,但是培养液中的砷含量仅下降7.9%~8.3%,Bacillus solisalsi单独除砷的能力也不强(去除率为6.1%~19.9%).盐藻及其共生菌协同除砷的能力较强,25~100μmol·L-1As(Ⅲ)处理下能吸收0.99~2.79 g·kg-1的砷,25~500μmol·L-1As(Ⅴ)处理下能吸收1.22~3.46 g·kg-1的砷.25~100μmol·L-1As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下砷去除率均在54.3%以上.带菌盐藻可以通过As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)还原、As(Ⅲ)甲基化和排出胞外等途径降低砷的毒害.     

掺锰水铁矿-壳聚糖珠对As(Ⅲ)的吸附及影响因素

文章研究了掺锰水铁矿-壳聚糖珠状材料对As(Ⅲ)的吸附及其影响因素。材料制备时的干燥方法影响其结构和吸附性能。冻干的珠状材料内有大量的大孔和介孔,50℃真空干燥的珠状材料的孔相对较小,而25℃自然风干的珠状材料内则无明显孔结构。珠状材料对As(Ⅲ)的最大吸附量与比表面积的顺序相同,为冻干壳聚糖珠>真空干燥壳聚糖珠>风干壳聚糖珠。冻干壳聚糖珠吸附材料的吸附量是风干壳聚糖珠的2倍。随着p H的上升吸附量逐渐降低;共存阴离子H_2PO_4-和SiO_3~(2-)能显著抑制吸附剂对As(Ⅲ)的吸附能力。冻干壳聚糖珠对As(Ⅲ)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型。经过3次再生后复合材料的吸附量仍有初始吸附量的88%左右,显示了良好重复使用性。XPS分析显示吸附材料中的Mn(Ⅳ)能氧化As(Ⅲ)为As(Ⅴ),从而明显提高壳聚糖珠对As(Ⅲ)的吸附性。     

聚合氯化钛铁盐混凝除砷性能研究

采用微量滴碱法制备聚合氯化钛铁混凝剂(PTFC),并对其混凝除砷性能进行了初步探究。对聚合氯化钛/铁混凝剂粉末SEM图进行分析,并考察不同Ti/Fe比例、曝气氧化、碱化度、碱化剂、混凝剂投加量、pH值、共存离子等对除砷率的影响。结果显示:pH值为7.5时,As(Ⅲ)去除率随PTFC投加量的增加而增大;PTFC在弱酸性条件下对As(Ⅲ)的去除效果最佳。曝气氧化对PTFC除As(Ⅲ)有显著促进作用,Ti/Fe物质的量比为5/5时制备的碱化度为0.6的PTFC混凝后经曝气20 min,对As(Ⅲ)的去除率从55.3%提高到93.1%。碱化剂对PTFC混凝除砷的影响不大。共存阴离子SiO_3~(2-)对As(Ⅲ)的去除有明显抑制作用,但PO_4~(3-)对PTFC混凝去除As(Ⅲ)的影响相比较于单一金属盐较小,共存阳离子Ca~(2+)对PTFC去除As(Ⅲ)有促进作用。     

玻碳电极阳极溶出伏安法测定砷

在AD—1型极谱仪上,用玻璃碳电极阳极溶出伏安法测定砷,选用1mol/1盐酸作为支持电解质,加入Au(Ⅲ)使Au(Ⅲ)与As(Ⅲ)摩尔浓度比达10:1,测得了良好的As(Ⅲ)峰。As(V)需还原为As(Ⅲ),本实验在浓硫酸冒烟的情况下,用硫酸联氨还原As(V)为As(Ⅲ),可测得无机总砷,不经还原,可直接测出As(Ⅲ)含量,以差减法求得As(V)含量。为了测得有机砷,以硫酸加过氧化氢破坏有机物,然后还原测得总砷,再用差减法求得订机砷。测定砷的最低浓度为0.2微克/50毫升。适用浓度范围10~(-3)×10~(-10)mol/1。     

Fe(Ⅱ)与O2共存体系中地下水As(Ⅲ)的固化行为

砷在地下含水层中的迁移转化、释放等地球化学行为与地下水的氧化还原环境及铁氧化物的存在形态密切相关。本文主要通过室内静态、动态实验及野外现场试验研究了Fe(Ⅱ)和O_2共存体系对模拟地下水中As(Ⅲ)固化效率与机理,研究表明:单纯的曝气行为对水体中铁和砷的价态改变均不明显,只有当Fe(Ⅱ)和O_2共存时才能有效改变砷的存在形态并通过发生吸附共沉淀作用使水体中As浓度降低下来。以质量比为Fe/As=20为例,有氧无氧两种条件下砷的去除率分别为81.3%和23.4%。模拟无氧条件下向流动相的含砷地下含水层中连续输入Fe(Ⅱ)时,溶液中的砷含量相比进水溶液浓度略有降低,出水溶液中以Fe(Ⅱ)和As(Ⅲ)为主。在有氧条件下持续30天向含砷试验砂柱内输入Fe(Ⅱ),其总量累积可达到283.65 mg,被固定于砂柱内的总砷含量达到25 075μg,固化能力达到88.40μg/mg。Fe(Ⅱ)与O_2共存体系对地下水中As(Ⅲ)的固化行为主要包括O_2对As(Ⅲ)及Fe(Ⅱ)氧化和Fe(Ⅲ)与As(V)的吸附共沉淀作用,其中溶解氧的存在是所有反应发生的必要前提条件。