稀土金属-铝复合金属氧化物对As(Ⅴ)的吸附

本文以介孔氧化铝为载体、稀土金属的硝酸盐为原料制备了稀土金属-铝复合金属氧化物,通过N_2吸脱附等温线对所得稀土金属-铝复合金属氧化物的结构进行表征分析,采用静态吸附实验对所得复合金属氧化物对As(Ⅴ)的吸附性能进行了研究,并就最优吸附剂对As(Ⅴ)的等温吸附和吸附动力学进行了考察.结果表明,嫁接稀土金属之后所得复合金属氧化物仍然保有原来的介孔结构;Y-Al复合氧化物对As(Ⅴ)的吸附性能优于Eu-Al、Pr-Al和Sm-Al复合金属氧化物;最佳Y/MA质量比为1∶10;实验数据经吸附等温式分析发现,Y-Al复合氧化物对As(Ⅴ)的最大吸附容量为62.2 mg·g~(-1);根据吸附动力学方程分析发现,Y-Al复合氧化物对As(Ⅴ)的吸附行为遵从准二级动力学方程,因此吸附过程中"表面反应"是主要速率控制步骤.     

腐殖酸对As(V)在覆铁砂介质中吸附行为的影响

对腐殖酸(HA)进行了成分分析及红外表征,并从HA浓度、pH值、As(Ⅴ)初始浓度等方面,研究了HA对As(Ⅴ)在覆铁砂介质中吸附行为的影响.结果表明,随着HA浓度的升高,总砷去除率逐渐降低.当HA浓度增加到25mg.l-1时,与不存在HA条件下相比,总砷去除率降低了12%左右.溶液pH值影响As(Ⅴ)的去除,pH值从6升高到8时,总砷去除率从52.1%降到了39%.其中的作用机理主要是HA与As(Ⅴ)在覆铁砂表面形成竞争吸附,HA争夺了As(Ⅴ)的吸附点位.此外,HA与Fe(Ⅲ)的络合作用也是导致覆铁砂对砷的去除率降低的一个重要原因.     

利用标准回归方程建立分析因子氢化物发生-原子荧光光谱法直接测定As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

根据As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在HG-AFS仪器上的响应差别,利用As(Ⅲ),As(Ⅴ)标准回归方程建立的分析因子,通过测定溶液中预还原前的荧光强度和预还原后的砷量,建立了一种高灵敏度、干扰少、快速、操作简便的HG-AFS法直接测定As(Ⅲ)和As( Ⅴ)的分析方法.对影响分析因子的各种仪器条件和共存离子干扰进行了试验,考察了样品中不同浓度As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的测定精密度.方法的检出限As(Ⅲ)为0.050ng·ml-1,As( Ⅴ)为0.087ng·ml-1,相对误差为0.31%-19.2%,相对标准偏差为1.18%-20.96%.方法对水中As( Ⅲ)和As( V)的测定相对标准偏差为7.55%-24.97%,回收率为89.5%-110.2%,对土壤中酸提取和磷酸盐交换性As( Ⅲ )和As( Ⅴ)的回收率为91.2%-104.8%.     

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.     

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.     

零价铁/炭去除水中的As(Ⅴ)

将零价铁(ZVI)分别与活性炭,石墨,碳纤维和碳纳米管按照质量比10:1组成电偶腐蚀体系用于水中As(Ⅴ)去除,结果显示零价铁/活性炭组合的去除效果略高于其它组合.XRD测试表明,组合体系中零价铁腐蚀的主要反应产物为纤铁矿,磁铁矿/磁赤铁矿.对零价铁阳极/活性炭阴极不同质量比例的研究表明,1:1时效果最佳.随着电解质浓度升高,As(Ⅴ)去除效率增大,在0.03 mol·1-1 NaCl电解质条件下,初始As(Ⅴ)为5 mg·1-1时,零价铁/活性炭组合与As(Ⅴ)反应2.5 h后,As(Ⅴ)的去除率达到100%.SO2-4,NO-3,CO2-3,SiO4-4,PO3-4等共存阴离子,以及腐殖酸对零价铁/活性炭组合去除As(Ⅴ)影响的研究结果表明,CO2-3,PO3-4和腐殖酸对As(Ⅴ)的去除效率影响不大,SiO4-4具有一定的抑制作用,相反,SO2-4和NO-3表现为明显的促进作用.     

外源Mo降低As(Ⅲ)和As(Ⅴ)对水稻的毒性及As的积累

通过溶液培养试验,研究外源添加Mo对2种价态砷(As(Ⅲ)和As(Ⅴ))胁迫下水稻吸收积累Mo和As的影响。结果表明,这2种价态的As对水稻生长均有抑制作用,As(Ⅲ)比As(Ⅴ)对水稻毒害更明显,添加Mo可缓解As对水稻的毒害。As添加可影响水稻根系和茎叶对Mo的吸收积累,但是不同价态As对Mo积累量的影响不一致。同时,Mo的添加也可以显著地降低水稻根系和茎叶对2个价态As的吸收积累。在100μmol·L~(-1)As(Ⅲ)处理下,添加0.1和0.5 mg·L~(-1)的Mo可导致水稻根系As积累量分别比对照处理降低38.8%和52.8%,茎叶As积累量分别降低5.1%和10.6%;当As(V)浓度为100μmol·L~(-1)时,添加0.1和0.5 mg·L~(-1)的Mo可导致水稻根系As积累量分别比对照处理降低15.4%和62.4%,茎叶As积累量分别降低11.9%和23.7%。Mo的添加还能显著地降低2种价态As在水稻根系和茎叶中的富集系数。因此,通过施用适量的Mo肥可以用来防治农田As污染,降低As对人体健康的危害。     

蒙脱石、铁氧化物及其复合体对水中As(Ⅲ)的吸附效果

利用蒙脱石、FeCl_3·6H_2O制备出改性蒙脱石复合体,并对蒙脱石、铁氧化物及其改性复合体吸附水中As(Ⅲ)的效能进行对比试验。结果表明:这3者对水中As(Ⅲ)的吸附动力学均符合Lagergren速度模型,且均属于Freundlich等温吸附。复合体的沉降效率明显优于其他2种吸附剂,且对含As(Ⅲ)溶液的pH值具有很好调节能力。SO_4~(2-)和Mg~(2+)浓度对As(Ⅲ)的去除基本无影响,Ca~(2+)能促进As(Ⅲ)的吸附,NO_3~-、PO_4~(3-)与As(Ⅲ)存在较强的竞争吸附。     

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。     

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.     

纳米铁用于饮用水中As(Ⅲ)去除效果

主要考察实验室合成制得的纳米铁对毒性高,迁移能力强,在厌氧地下水中作为砷的主要存在形式的As(Ⅲ)去除效果.通过批实验探讨吸附动力学,以及pH和纳米铁投加量对As(Ⅲ)的去除影响.反应1 h时,0.25 g纳米铁对起始质量浓度为910μg·L-1 As(Ⅲ)的去除率高达99%以上;反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的速率常数ksA为1.64mL·m-2·min-1.研究结果表明,具有高反应活性的纳米铁将成为饮用水中砷去除非常有效的吸附材料.     

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.     

针铁矿对几种氧化锰矿物氧化As(Ⅲ)特性的影响

用氧化还原平衡法研究了水钠锰矿、钙锰矿和黑锰矿等三种不同结构类型氧化锰矿物对As(Ⅲ)的氧化特性，以及针铁矿对上述氧化的影响。结果表明，水钠锰矿、钙锰矿和黑锰矿对As(Ⅲ)的最大氧化量分别为480．4、279．6和117．9mmol／kg，其氧化能力与氧化锰矿物的结构、Mn氧化度、表面电荷性质以及结晶度等因素有关；体系中存在针铁矿时，它们对As(Ⅲ)的最大氧化量分别增加到651．0、332．3和159．4mmol／kg；针铁矿本身并不氧化As(Ⅲ)，体系氧化能力增强是通过针铁矿对氧化生成的As(Ⅴ)的吸附来实现的。     

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.     

砷氧化菌Pseudomonas sp. AO-1的分离鉴定及其对As(Ⅲ)的氧化性能研究

随着环境砷污染日趋严重和不断地传播使得人类健康处于高风险之中,修复治理环境中的砷污染刻不容缓。将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)是治理砷污染的关键步骤,因此寻找一种经济且绿色的氧化技术成为了研究热点,而微生物氧化As(Ⅲ)被认为是治理砷污染一种绿色经济可行的方法。从湖南锡矿山矿区含砷的土壤中筛选出一株砷氧化菌,并利用分子生物学技术对其进行了鉴定;研究了其对As(Ⅲ)的抗性,不同As(Ⅲ)浓度下的生长特征曲线,不同pH条件下As(Ⅲ)的氧化性能,生长曲线及其氧化动力学。研究结果表明：该菌属于假单胞菌属(Pseudomonas),将其命名为Pseudomonas sp.AO-1(简称：AO-1),其对As(Ⅲ)的抗性达2 000 mg·L^-1,具有较高的抗性;当As(Ⅲ)质量浓度高于100 mg·L^-1时,菌株AO-1的生长受到了明显的抑制,其进入对数增殖期的时间延后,稳定期较短,衰亡期提前;pH对菌株AO-1的生长及As(Ⅲ)氧化率有显著的影响,其最适生长pH为7;当pH为3-8时,菌株AO-1氧化As(Ⅲ)的氧化率随pH的升高先提高后减小,pH为7...     

新型交联壳聚糖材料对地下水重金属Zn~(2+)的吸附性能

地下水重金属污染的原位修复技术研究日益受到关注.利用课题组研发的聚乙二醇(PEG400)作为交联剂合成的新型交联壳聚糖材料,用该新型材料吸附地下水中重金属Zn~(2+),探讨CTS:PEG比例和Zn~(2+)印迹量对吸附效果的影响,通过该材料对Zn~(2+)的吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学关系,讨论其吸附的内在机理.研究发现CTS:PEG=1:2和印迹的Zn~(2+)量是0.5%的交联壳聚糖,去除重金属Zn~(2+)的效率最高;其非平衡吸附遵循准二级动力学模型,吸附速率为0.1260mg·g~(-1)·h~(-1);在20℃,溶液pH值为7条件下,PEG-CTS对Zn~(2+)的最大吸附容量是18.20 mg·g~(-1),平均吸附能量是9.66kJ·mol~(-1);化学吸附为主,也包含物理吸附.     

不同菌糠生物炭对水体中Cu2+、Cd2+的吸附性能

以菌糠废弃物为原料,采用限氧裂解法在500℃条件下制备香菇菌糠、猴头菇菌糠和平菇菌糠生物炭(LEBC、HEBC和POBC).利用SEM、XRD和FTIR等方法对吸附剂进行了表征;通过吸附动力学、等温吸附、生物炭酸化实验探究了3种菌糠生物炭去除水溶液中Cu~(2+)、Cd~(2+)的效果及机理.结果表明,在溶液初始pH 2—3时,3种菌糠生物炭对溶液中Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附量急剧增加.LEBC、HEBC、POBC对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附符合准二级动力学模型,对Cu~(2+)的吸附速率分别为10.15×10~(-3)、7.08×10~(-3)、0.69×10~(-3) mg·g~(-1)·min~(-1),对Cd~(2+)的吸附速率分别为6.53×10~(-3)、5.19×10~(-3)、0.26×10~(-3) mg·g~(-1)·min~(-1).不同浓度下LEBC、HEBC、POBC对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir模型,最大吸附量依次为56.74、11.98、77.32 mg·g~(-1);而Cd~(2+)的吸附符合Freundlich模型,最大吸附量依次为74.26、36.49、70.2 mg·g~(-1).LEBC在较短的时间内能达到较大的吸附量,可作为去除水体中Cu~(2+)、Cd~(2+)的优质吸附剂.XRD和FTIR等分析结果表明生物炭对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附机制包括物理吸附、阳离子-π作用、官能团络合及沉淀.3种生物炭经酸化处理后,对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附能力显著下降,表明生物炭中碳酸盐引起的Cu~(2+)、Cd~(2+)表面沉淀在吸附过程中起重要作用.     

反应条件对零价铁去除As(Ⅲ)动力学的影响

考察了摇床转速、Fe0粒径、溶液pH、溶解氧以及背景电解质等条件对Fe0去除As(Ⅲ)速率的影响,并探讨了不同影响因素下的作用机制.结果显示,转速高于100 r·min-1时,Fe0腐蚀速率明显加快,As(Ⅲ)去除速率提高,在50 r·min-1时,Fe0腐蚀速率和As(Ⅲ)去除速率接近静止状态;Fe0粒径显著地影响A...     

整流电絮凝技术对缺氧地下水中As(Ⅲ)的原位修复

地下水中砷污染的原位修复治理对人类社会的可持续发展具有重要意义.本文研发了一种新型整流电絮凝反应体系,可实现对缺氧地下水As(Ⅲ)的原位修复.实验结果表明,最优操作条件为:电流密度为4.4 m A·cm~(-2),铁棒和MMO的阳极工作时间比值(TFe-anode/TMMO-anode)为1∶2,反应周期为24 s.在最优条件下,含有500μg·L~(-1)As(Ⅲ)的模拟地下水经过30 min电絮凝处理后砷的固定脱除效率达92%,总能耗为0.11 kW·hm~(-3).此外,水体中的HCO_3~-和PO_4~(3-)等无机阴离子对砷的固定具有抑制作用.在该反应体系内,电解生成的Fe(Ⅱ)与O2之间的氧化反应生成具有强氧化性的Fe(Ⅳ)可有效将As(Ⅲ)氧化成毒性较小且更易于固定脱除的As(Ⅴ),进而显著促进了砷在Fe(Ⅲ)絮凝沉淀作用下的固定脱除.     

基于纳米凹凸棒@CTS(壳聚糖)的砷离子印迹聚合物吸附特性

以三价砷为模板离子,纳米凹凸棒土为印迹载体,CTS(壳聚糖)为功能单体,KH-560为偶联剂,利用水合法制备了纳米凹凸棒表面砷离子印迹聚合物As-CAI,系统研究了该聚合物材料对于水中As(Ⅲ)的吸附特性.结果表明,该材料对水中As(Ⅲ)的吸附量高达39.04 mg·g~(-1),比相同条件下的空白印迹材料提高了1.53倍.反应最佳的酸碱环境为pH=5.0.吸附热力学及动力学研究结果表明,Langmuir方程能够更好地描述As(Ⅲ)在该印迹聚合物表面的吸附过程,反应属于自发进行的无序吸热反应,高温更有利于吸附反应的发生,吸附反应符合二级反应动力学模型.此外该印迹材料8次洗脱后吸附量仅降低13.7%,具有良好的重复再生利用性能.