草酸钙钝化砷黄铁矿生物氧化同时促进砷固定的机制

含砷硫化矿(ABSMs)的暴露溶解是导致矿区周边水域和土壤中砷含量超标的重要原因之一.嗜酸铁硫氧化微生物、氧气和水的接触会显著加速ABSMs的氧化和砷的释放.选择砷黄铁矿(FeAsS，最典型的ABSMs)为研究对象，探究了草酸钙(COM)对典型嗜酸菌Sulfobacillus thermosulfidooxidans生物氧化砷黄铁矿的钝化效应.结果表明，COM介导FeAsS生物氧化过程中产生的无定型纳米颗粒会致密包裹在细菌和矿物表面，抑制了细菌在矿物表面的吸附、Fe(II)的生物氧化和Fe³⁺对矿物的直接催化作用，最终钝化了FeAsS的溶解和砷的释放.在初始pH=2.0、COM添加量(以Ca²⁺浓度计)分别为0.25、0.5和1 g·L^-1条件下生物氧化10 d后，As浓度由不含COM氧化体系的3.73 g·L^-1分别降低至2.89、2.03和1.47 g·L^-1.同时，COM的添加不仅明显抑制了黄钾铁矾的形成和累积，还使矿物表面砷的氧化受阻.COM浓度越高，表观钝化效应越强....     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出铅锌硫化矿尾矿及浸出过程中重金属形态分析研究

研究嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)对铅锌硫化矿尾矿重金属离子的生物浸出和重金属形态变化有助于了解生物浸出作用的过程变化.通过考察生物浸出体系中不同的矿浆浓度对pH值和浸出尾矿重金属的影响,探究生物浸出过程的重金属形态变化情况.结果表明,生物浸出作用对pH值和尾矿重金属的浸出影响巨大,随着矿浆浓度的增加,pH值下降速率呈现先升高后降低、重金属浸出率也呈现先增加后降低的趋势,最佳的生物浸出矿浆浓度为50 g·L~(-1),Fe和Zn的最佳浸出率分别为85.45%和97.85%.重金属形态分析表明,生物浸出作用对尾矿重金属形态变化产生巨大的影响,随着浸出时间的延长,重金属形态逐渐改变,首先易迁移的重金属被生物浸出,然后稳定的重金属也逐渐被生物浸出.     

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.     

氢氧化铁对砷的吸附与沉淀机理

研究了吸附反应时间为50d和1120d时,As(V)初始浓度和pH值对氢氧化铁吸附砷的影响,并利用傅利叶红外光谱(FTIR)和粉末X射线衍射技术对吸附砷后的氢氧化铁固体进行了表征.结果表明,氢氧化铁对砷的吸附能力与pH有关,在弱酸性到弱碱性条件下,吸附砷的能力最强;在低初始砷浓度(0.01～1 mmol·L-1)和相同pH条件下,吸附率随砷浓度增高而增大.当pH=3、7和12时,吸附等温线都可用Freundlich公式来进行拟合,低初始砷浓度下(0.001～1 mmol·L-1),R2>0.99,高初始砷浓度下(5～1000 mmol·L-1),R2>0.93,吸附反应时间对吸附能力影响不大.红外光谱分析表明,在pH=3条件下,初始砷浓度为50mmol·L-1和500mmol·L-1时,吸附后氢氧化铁固体的红外光谱图上As-O键的伸缩振动谱带分别位于806.11cm-1和821.54cm-1;表明吸附后的氢氧化铁表面有少量的砷酸铁晶体沉淀存在,砷在氢氧化铁表面的平均密度对砷在氢氧化铁表面存在形态有影响.X射线衍射分析表明.在中性和酸性条件下,砷可能是以双配位表面络合的质子化的=FeO2As(O)(OH)-和非质子化的=FeO2As(O)2-形态存在于氢氧化铁表面.     

富里酸对A. ferrooxidans活性和次生铁矿物形成的影响

为揭示富里酸对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌活性和生物合成次生铁矿物的影响，进而为酸性矿山废水治理提供理论依据，采用摇瓶试验，分析了pH、氧化还原电位(ORP)、Fe²⁺氧化率、Fe²⁺氧化速率、总Fe沉淀率以及次生矿物矿相等相关指标的变化情况.结果表明，在含9K液体培养基以及K⁺浓度均为53.3 mmol·L^-1体系中，pH与ORP变化呈相反的趋势；富里酸浓度低于0.4 g·L^-1时，有利于次生铁矿物的生成，表明低浓度的富里酸能够提高A. ferrooxidans的活性，富里酸浓度高于0.6 g·L^-1时，Fe²⁺氧化率、总铁沉淀率低于对照组，表明高浓度的富里酸对A. ferrooxidans产生显著的毒害作用以及降低总Fe沉淀率.随着富里酸浓度的提高，次生铁矿物的主衍射峰位置以及所含官能团与对照组相比无明显区别，各体系产生的次生铁矿物为纯净的黄钾铁矾；进行无9K培养基实验：未添加K⁺时，FA-0.4 g·L^-...     

稻田土壤淹水期As/Sb释放的动态过程及因素探究

稻田土壤淹水期重金属As/Sb的释放情况严重影响着我国水稻品质与安全问题.本文选取湖南省娄底市锡矿山周边污染土壤,研究了水分管理过程中淹水土壤中不同价态砷(As)和锑(Sb)的动态释放规律,并考察了土壤性质及组分对重金属As/Sb的释放与转化行为的影响机制.结果表明,在淹水时期,土壤溶液的pH值呈现出由酸性到中性转变的趋势,Eh值随淹水时间明显降低.值得注意的是,土壤溶液中As的浓度随淹水时间增长而逐渐升高,其中主要以还原态As(III)为主,最高浓度可达632.49μg·L^-1,显著高于As(V);相反,Sb浓度在最初的2 d内上升,然后随着时间的推移趋于稳定,主要以Sb (V)的形式存在,最高浓度为1627.34μg·L^-1. As/Sb释放的差异主要归因于土壤对As(III/V)和Sb(III/V)的吸附能力不同所导致,其中土壤颗粒对As(V)吸附能力远高于Sb(V),因此在淹水初期观察到Sb(V)的快速释放;随着厌氧时间增加,氧化态As/Sb被微生物还原为As(III)/Sb(III),而As(III)在土壤颗粒表面吸附能力明显低于S...     

感应电芬顿降解二甲基砷的效果与机理研究

二甲基砷作为甲基砷的主要种类之一,主要由含砷废水的排放和农药滥用进入环境水体,进而严重威胁着人类的健康.通过改进电芬顿反应中Fe~(2+)的投加方式,构建了以铁棒为感应阳极、RuO_2/Ti网为阳极、2个活性炭纤维为双阴极的感应电芬顿体系.为探究感应电芬顿体系对二甲基砷的降解效果与机理,考察了反应过程中初始pH、电流密度、反应物初始浓度等因素对二甲基砷去除效果的影响.结果表明,在初始pH值为3,电流密度为2 m A·cm~(-2),二甲基砷初始浓度为5 mg·L~(-1)的最佳条件下,经感应电芬顿反应240 min后,二甲基砷去除率高达94.4%.在此体系中,感应铁电极不断释放的Fe~(2+)与阴极产生的H_2O_2发生电芬顿反应产生羟基自由基将二甲基砷降解为一甲基砷、As(Ⅲ)和As(V),同时,铁离子水解生成的铁的羟基络合物将二甲基砷、一甲基砷、As(III)和As(V)吸附在其表面,从而达到二甲基砷的高效去除.     

不同农作物秸秆原料制备生物炭特性及重金属浸出行为

采用水稻秆、大豆秆、小麦秆和玉米秆为原料在550℃缺氧条件下制备生物炭,考察不同原料生物炭理化性质及热解后重金属(Cr﹑Ni、 Cu﹑As﹑Cd和Pb)迁移转化特征,及其在不同浸出液中的浸出行为.结果表明,4种原料制备的生物炭的理化特性和元素组成基本一致,其中玉米秆生物炭微孔体积(0.006 cm³·g^-1)和比表面积(110.120 m²·g^-1)低于其他原料生物炭.秸秆热解后重金属(除Cd外)含量增加了14.04%～410.81%,且大部分重金属(除Cd和Pb外)化学形态由不稳定态(弱酸提取态和可还原态)向稳定态(可氧化态和残渣态)转化.制备的生物炭中的重金属在超纯水和缓冲盐溶液中无浸出或浸出量较少,在乙酸溶液和腐殖酸溶液中浸出量较高.其中Cu在乙酸溶液中浸出量较高,为2.601～4.224 mg·kg^-1,As在腐殖酸溶液中浸出量较高,介于0.074～0.166 mg·kg^-1.热解后,各种重金属的环境质量指数(PI_i)和内梅罗...     

腐殖酸影响酸性水体中As(Ⅲ)光氧化的研究

为了考察紫外光(λ_(max)=365 nm)照射下三价砷(As(Ⅲ))在含有腐殖酸的水体中光氧化过程,该文研究了初始pH、HA浓度、外加铁离子以及不同分子量范围的HA组分等环境因子对As(Ⅲ)光氧化的影响。利用ESR检测和自由基猝灭实验以及不同气氛实验,量化不同活性物种对As(Ⅲ)光氧化的贡献率。结果表明,pH值对As(Ⅲ)在HA体系中的光氧化影响极大,低pH有利于As(Ⅲ)的光氧化。当pH为2.6,As(Ⅲ)浓度为100.0μg/L时,HA的最佳投加量为10.0 mg/L。Fe(Ⅲ)-HA络合物表现出低光活性,外加低浓度铁离子抑制As(Ⅲ)的光氧化,高浓度则促进As(Ⅲ)的光氧化。不同分子量范围的HA组分对As(Ⅲ)的光氧化贡献不同。As(Ⅲ)的形态转化是由于三重态腐殖酸(~3HA~*)的直接作用以及羟基自由基(HO·)直接氧化共同作用的结果。其中85%的As(Ⅲ)氧化是HO·直接氧化导致,HO·主要来自HO_2·/O_2·~-;剩余15%依赖于~3HA~*对As(Ⅲ)的直接氧化。研究结果有助于了解As(Ⅲ)在含有溶解性有机质的酸性水体中光化学转化行为。     

黑臭水体治理Ⅱ：沉积物耗氧方式对重金属形态及生物有效性的影响

缺氧导致水体黑臭已成为我国许多河流普遍存在的污染问题,而沉积物耗氧是水体溶解氧减少的重要过程.本文通过构建一套室内模拟装置,利用薄膜扩散梯度(DGT)技术和改进的BCR三步连续提取法来探索黑臭水体沉积物不同耗氧方式对水体氧化还原体系和沉积物中重金属(Co、Ni、Cu、As、Sb和Pb)形态及生物有效性的影响.结果表明,厌氧培养过程中上覆水氧化还原电位为-65.50～0 mV,属于铁锰控制区;沉积物氧化还原电位为-170.30～-370.10 mV,主要由硫体系控制.化学耗氧,主要是其中的铁锰耗氧,会使沉积物中生物有效态Fe、Mn、S浓度增加,进而影响重金属的迁移转化.化学耗氧组上覆水中As浓度增加至9.64μg·L^-1,铁锰耗氧组上覆水中Co、Ni和As浓度分别增加至20.79、20.53和6.97μg·L^-1.化学耗氧组表层沉积物中生物有效态Co、Ni和As浓度增加至7.03、6.18和6.98μg·L^-1,而铁锰耗氧组其浓度增加至8.62、11.80和2.44μg·L^-1.说明不同耗氧方式会对沉...     

硫酸厂污泥中砷的赋存形态、浸出特征及机制分析

硫酸厂污泥中砷(As)的含量和浸出毒性高,环境危害大,处理难度高.以9家硫酸厂的污泥为研究对象,探究污泥中As的赋存形态、浸出毒性和来源,探讨污泥中As的浸出机制,以期为含砷污泥的处置提供理论依据和数据支撑.结果表明,9家硫酸厂污泥中As含量高达2.61×104～1.50×105mg·kg-1,浸出浓度为73.6～1....     

WS2强化Fe2+活化高碘酸盐降解酸性橙7的研究

构建无机还原剂硫化钨(WS₂)强化Fe²⁺活化高碘酸盐(PI)体系，以典型有机染料酸性橙7(AO7)为模拟污染物，探究了Fe²⁺浓度、PI浓度、WS₂浓度、p H值及水体常见共存阴离子对AO7去除过程的影响，并基于自由基淬灭与捕获实验(EPR)分析了体系中可能存在的活性氧化物种及其生成机制.结果表明：WS₂/Fe²⁺/PI体系氧化去除AO7的效率远高于同等条件下单一Fe²⁺/PI活化过程；在[Fe²⁺]₀=0.1 mmol·L^-1、[PI]₀=0.5mmol·L^-1、[WS₂]₀=0.3 g·L^-1、初始p H为2.6条件下，AO7去除率在12 min内达到93.0%.实验中Fe²⁺浓度、WS₂浓度与AO7去除率呈正相...     

NH4+对次生铁矿物形成及重金属去除的影响

研究了初始pH值、Fe²⁺浓度、Fe/NH₄⁺物质的量比对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）体系中Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响,并比较矿物对AMD中Cr（VI）、As（Ⅲ）的去除效果.结果表明,当NH₄⁺浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,Fe²⁺氧化及总Fe沉淀去除效果不受影响,表现在160,80,20mmol/L的Fe²⁺分别在72,48,24h内被完全氧化,培养至终点时（96h）平均总Fe沉淀率分别为24.03%,19.46%,8.13%.在Fe²⁺=160mmol/L体系中,Fe/NH₄⁺=2.0、pH=2.6处理获得纯净施氏矿物;而当Fe/NH₄⁺≤1.0、pH≤2.3时,次生铁矿物的合成途径开始向黄铵铁矾转移.Fe/NH₄⁺=2.0的各酸性体系合成矿物对Cr（VI）、As（Ⅲ）去除能力存在显著差异,依次为pH=2.6 > pH=2.3 > pH=2.0.分析表明,次生铁矿物的表观结构和比表面积是影响有毒元素去除效果的主要原因.     

硫化物对含砷水铁矿与含砷氧化铝的作用差异

为了研究污染物砷在地球关键带的迁移转化行为,该研究通过反应热力学和动力学实验,以及激光粒度仪的动态光散射、氦离子显微镜和X射线光电子能谱分析等相关微观结构表征技术,深入分析了还原环境中含砷水铁矿与含砷氧化铝在硫化物作用下砷的吸附行为、电子转移过程和对砷迁移转化的影响。结果表明,由于水铁矿的氧化还原强活性和氧化铝的氧化还原惰性差异,导致在含砷水铁矿体系中,电子优先在S与Fe之间传递,使得在该体系下水铁矿还原溶解和次生铁矿物的形成,影响As的吸附,但不改变As的价态;而在含砷氧化铝体系中,电子在S与As之间传递,As(Ⅴ)被还原为As(Ⅲ)并影响As的吸附行为。这一研究结果对认识氧化还原环境中的S-As-Fe和S-As-Al相互作用,以及揭示As的迁移转化机理有着重要意义。     

Fe2+/电复合活化过硫酸盐处理酸性橙Ⅱ的过程研究

构建了Fe²⁺/电复合活化过硫酸盐体系,以酸性橙Ⅱ为模拟污染物,探究了温度、Fe²⁺浓度、过硫酸钠浓度、电流密度和pH值对降解过程的影响,并基于猝灭实验分析过程中存在的活性物种及其作用机制.结果表明：Fe²⁺/电复合活化下酸性橙Ⅱ的降解速率远高于同等条件下单一Fe²⁺活化或电活化的情况;Fe²⁺/电复合活化的能耗仅为0.15 kWh·m^-3,比电活化的能耗降低了46.4%;Fe²⁺/电复合活化对初始pH的适用性较为宽泛,在酸性或中性条件下均可有效降解酸性Ⅱ;在温度为40℃、Fe²⁺浓度为0.50 mmol·L^-1、过硫酸钠浓度为4 mmol·L^-1、电流密度为3 mA·cm^-2和初始pH为6.76的情况下,酸性橙Ⅱ的降解率可在30 min内达到95.8%;猝灭实验表明,复合活化过程中存在硫酸根自由基、羟基自由基和超氧自由基.综合分析认为复合体系中的...     

负载型钛凝胶的制备及其吸附去除三价砷的性能

针对钛凝胶(titanium xerogel,TAX)对三价砷[As(Ⅲ)]的吸附容量高(254 mg·g^-1)但速率慢的问题,通过浸渍法,将TAX负载到活性炭、海绵及树脂材料制备负载型吸附剂,并评价其除砷性能.除海绵外,活性炭和树脂均能成功负载TAX,其中活性炭基材料的钛负载量在1.4%左右,树脂基材料在5%左右.树脂和活性炭的负载均提高了TAX的除砷速率,且树脂基材料提高的程度更明显.对于初始质量浓度为1.0 mg·L^-1的As(Ⅲ)溶液,树脂基材料(TAX@D201)的吸附速率为0.85mg·(g·min)^-1,是未负载TAX吸附速率[0.04 mg·(g·min)^-1]的21倍.在处理实际含砷地下水的柱实验中,TAX@树脂的有效床体积(BV)达560 BV,是相同金属负载量载铁树脂材料的2.8倍(199 BV).本文结果表明将TAX负载于大孔树脂是一条有效的策略,为TAX应用于含砷地下水的净化提供了新思路.     

二氧化钛光催化氧化阿散酸

阿散酸(p-arsanilic acid,ASA)是一种重要的有机砷化合物,较无机砷更加难以去除,目前关于去除水中ASA研究少有报道.本研究主要评价了TiO_2光催化剂(P25)对ASA的去除效果,考察了P25投量、pH和光照强度对其光催化氧化ASA的影响,探究了ASA光降解产物和主要机制.结果表明,在P25催化作用下,模拟自然光可氧化降解ASA为As(V),最终通过P25对As(V)的吸附作用将水中砷有效去除.当ASA初始浓度为2 mg·L~(-1),P25投量为1 g·L~(-1)时,光催化氧化-吸附0.5 h后,水中剩余砷的浓度约为0.34 mg·L~(-1).酸性条件下ASA的去除率远远高于碱性条件,最佳光照强度为68.5 mW·cm~(-2).P25光催化氧化ASA过程中羟基自由基起到了主要作用.     

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。     

向日葵秸秆生物炭强化Fe(Ⅲ)/S2O82-体系降解苯甲酸

二价铁离子活化过硫酸盐(PS)产生自由基可降解有机污染物,但体系中Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环速率较慢,成为制约降解效率的关键因素之一.为提高反应体系效率,制备向日葵秸秆生物炭(SFBC),以苯甲酸(BA)为目标污染物,探究SFBC强化Fe(Ⅲ)/S₂O^2-₈体系降解BA的效果.SFBC表征结果说明其具有孔隙结构,由无定形炭组成,表面有丰富的官能团及持久性自由基(PFRs).考察了反应条件(pH、PS浓度和SFBC投加量)对降解的影响,结果表明,SFBC/Fe(Ⅲ)/S₂O^2-₈体系对BA降解效率明显高于Fe(Ⅲ)/S₂O^2-₈及SFBC体系,在SFBC=2.0 g·L^-1、BA=10.0mg·L^-1、PS=2.0mmol·L^-1、Fe(Ⅲ)=1.0mmol·L^-1和pH=3.0条件下, 90 min时BA...     

纳米Fe3C/炭纤维非均相电芬顿降解二甲基砷的研究

针对结构稳定且难以靠常规方法去除的二甲基砷,制备新型负载Fe_3C纳米粒子的炭纤维催化剂,并对其非均相电芬顿降解二甲基砷进行了研究.结果表明,纳米Fe_3C/CF与阴极产生的H2O2发生电芬顿催化反应产生羟基自由基将二甲基砷降解为一甲基砷和As(V),As(V)可被同步吸附在Fe_3C/CF催化剂表面.通过考察电催化过程中初始p H、反应物初始浓度、电流强度和催化剂投加量等因素对催化氧化DMA效果的影响,表明在初始p H为3,二甲基砷初始浓度为5 mg·L~(-1),Fe_3C/CF投量为500 mg·L~(-1)的最佳条件下,经非均相电芬顿反应360 min后,二甲基砷去除率高达96%.