納米磁性鐵吸附砷及不可逆吸附研究.pdf

1、地下水中砷污染已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)普遍存在的問題，國際上對砷的飲用水標準有更為嚴格規(guī)定的趨勢，迫切需要發(fā)展和改進相應的處理技術。而納米磁性鐵由于具有大的比表面積以及磁性分離特征，是非常具有潛力的飲用水除砷材料。砷在納米磁性鐵上的吸附解吸行為是影響砷去除效率的關鍵因素，也是評價納米磁性鐵作為除砷材料的基礎。但是，目前關于砷吸附解吸的研究多集中在三價鐵和零價鐵上，而關于砷在納米磁性鐵上吸附解吸的研究報道不多，其作用機理尚不明確，因此有必要研究

2、砷在納米磁性鐵上的吸附解吸行為及作用機理，為納米磁性鐵應用于飲用水中砷處理提供基礎理論和依據(jù)，為準確預測砷被納米磁性鐵富集后在環(huán)境中的遷移和轉化提供量化手段。
　　 本論文結合吸附熱力學實驗、吸附動力學實驗和吸附熱力學/動力學模型的模擬，考察了反應時間、氧化還原條件、pH、競爭離子和Zn2+對砷在納米磁性鐵上吸附的影響，以及砷在納米磁性鐵上的解吸行為，探討了砷在納米磁性鐵上的吸附動力學和不可逆吸附機理。本論文得到了如下研究結論：

3、
　　 1.砷在納米磁性鐵上的吸附是非線性的、隨時間變化的過程，在反應初期，吸附較快，隨后是一個持續(xù)的慢吸附，表現(xiàn)出明顯的兩相吸附特征。氧化還原條件會對砷在納米磁性鐵上的吸附產(chǎn)生影響，在無氧和還原劑存在條件下，砷在納米磁性鐵上的吸附都相對較弱。氧化還原反應有可能是導致砷在納米磁性鐵上慢吸附的作用機理之一。
　　 2.四種模型，包括Freundlich模型、擴散雙層模型、兩相一級動力學模型和多元反應模型(MRM)，都能夠較

4、好地擬合砷在納米磁性鐵上的吸附數(shù)據(jù)。其中MRM模型不僅可以描述砷的吸附熱力學行為，還可以描述涵蓋不同濃度的動力學吸附行為?；谀Ｐ蛿M合結果及分析，推測砷在納米磁性鐵上的慢吸附過程，其機理不是表面沉淀作用所導致的，而可能是由內(nèi)部擴散作用或氧化還原反應、或兩者的聯(lián)合作用所導致。
　　 3.金屬離子Zn2+會影響砷在納米磁性鐵上的吸附，并且其影響程度會隨pH值不同而變化。在pH8.0時，Zn2+對As[V]和As[III]吸附具有顯著

5、的加強作用，在pH7.0時，對As[V]吸附的加強作用減弱。而在pH4.5和6.0時，Zn2+對As[V]的吸附幾乎不產(chǎn)生影響。通過比較共存金屬離子Ca2+和Ag+對As[V]在納米磁性鐵上吸附的影響，以及As[V]在納米氧化鋅和載有鋅的納米磁性鐵上的吸附，我們認為，Zn2+導致的砷吸附增強最有可能的原因是三元表面絡合物(表面-金屬-配體)的形成。即Zn2+與As[V]或As[III]在溶液中形成了“類金屬”(Metal-like)絡合

6、物，在pH為中性和近中性條件下，這種“類金屬”絡合物與納米磁性鐵表面之間具有較強的親和力，因此通過形成三元表面絡合物，導致砷在納米磁性鐵中的吸附增強。
　　 4.pH8.0時，碳酸氫根(HCO3-)對As[V]在納米磁性鐵中的吸附具有明顯的抑制作用。Zn2+可以削弱HCO3-對As[V]吸附的抑制效應，達到比較理想的As[V]去處效果，即利用少量的納米磁性鐵(0.1-0.2 g/L)，就能在較短時間內(nèi)(1.2 h)去除溶液中90

7、％以上的As[V]，達到砷的飲用水標準。
　　 5.采用不同介質(zhì)溶液研究納米磁性鐵吸附態(tài)砷的穩(wěn)定性，結果表明，五種介質(zhì)溶液中，磷酸鹽和檸檬酸鹽溶液具有較強的砷解吸能力，但在連續(xù)六步解吸后，仍有很大一部分砷保留在納米磁性鐵中，表明溶液中砷一旦吸附到納米磁性鐵上就很難解吸下來，因此在環(huán)境條件下，吸附態(tài)的砷較為穩(wěn)定，不容易從納米磁性鐵中釋放出來。
　　 6.砷在納米磁性鐵上的解吸呈不可逆現(xiàn)象，具有與有機污染物阿特拉津相似的兩相

8、解吸特征。描述有機污染物吸附的兩相數(shù)學模型：雙模式模型(DMM)和雙Langmuir模型(DLM)，可以很好地描述砷在納米磁性鐵和阿特拉津在土壤中的解吸行為。此外，MRM對砷和阿特拉津吸附解吸動力學數(shù)據(jù)模擬結果表明：MRM模型可以根據(jù)砷在納米磁性鐵上的吸附數(shù)據(jù)，準確地預測其解吸行為；而MRM不能用于描述阿特拉津的吸附動力學性行為，說明吸附/解吸過程的慢動力學過程是砷不可逆吸附的主要原因，而物理鎖定是阿特拉津在土壤中的不可逆吸附最有可能的