地下水中砷和氟離子檢測與去除的機理探究.pdf

1、飲用水中重金屬的問題對生態(tài)環(huán)境和人類的生命活動以及身體健康產(chǎn)生了嚴重的影響與威脅，也對經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步提出了更多的挑戰(zhàn)。隨著生活水平提高，食品和飲用水安全越來越能引起人們的注意。水體中重金屬污染，一直在水污染中占有比較大的比重。尤其是砷和很多疾病息息相關(guān)，而且在中國的西部和北方，都是重污染區(qū)。因此，砷的檢測和去除變得尤為重要。為準確檢測水中砷含量，重金屬被廣泛的用來檢測并取得優(yōu)越的性能。然而，地下水中重金屬污染物具有背景復雜、痕量

2、、多組分和存在形態(tài)多樣的特點，高效、準確、穩(wěn)定、準確分析一直是環(huán)境分析領(lǐng)域的重要課題。雖然納米材料以其獨特的物理和化學性質(zhì)在電化學檢測水中污染物中有比較廣泛的應用，尤其是金、鉑、銀，由于較好的靈敏性和抗干擾能力，在實際環(huán)境中應用是最廣泛的。但是納米材料修飾電極仍然面臨著很多問題，例如納米材料的尺寸和晶面效應，研究的并不是很充分。同時，在檢測水中污染物時，水中的污染物氟離子如何去除，如何有效的實現(xiàn)水體的凈化，也是我們比較關(guān)心的課題。

3、>　　為了解決這些問題，本篇論文旨在分析金的晶面效應和鉑顆粒的尺寸效應在檢測砷方面所表現(xiàn)出的性質(zhì)。另外，本文在去除水中污染物氟方面，也做了初步嘗試。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)合成了晶面規(guī)則且暴露不同晶面的金納米粒子，并對比研究了Au(111)、Au(110)和Au(100)不同晶面對水中砷的電化學響應情況。在檢測過程中，主要的檢測問題來源于表面活性劑對檢測靈敏度的影響，為排除表面活性劑的影響，采取了二次水清洗和電化學清洗

4、方法，最大限度的去除了表面活性劑的影響。雖然進過多步清洗，表面活性劑的影響仍舊存在。為了讓對比更客觀，我們在比較檢測靈敏度時考慮了電化學活性面積(ECAs)，充分論證了Au(111)面在檢測As(Ⅲ)上所具有的優(yōu)良性能，基于鍵能和As(Ⅲ)吸附過程我們提出了相應的機理。Au…As(OH)3的關(guān)系中，Au-As鍵起到?jīng)Q定作用，而在Au(111)面上的成鍵能最低，使As(Ⅲ)更容易富集在金八面體納米顆粒表面。Au納米顆粒修飾的電極對于As(

5、Ⅲ)檢測的電化學行為和它們的晶面有關(guān)。我們可能提供了改善靈敏度的一種新方法。
　　(2)不同尺寸的Pt顆粒，通過欠電位沉積(Cu-UPD replacement method)方法層層合成，形成不同顆粒尺寸的Pt顆粒，研究了尺寸的變化對As(Ⅲ)檢測的影響，發(fā)現(xiàn)在排除比表面積的情況下，在Pt納米粒子的半徑從2.3到5.5納米的過程中，檢測靈敏度逐漸降低。這種現(xiàn)象可能是由鍵能的不同引起的。較低的鍵能有可能通過吸附中間產(chǎn)物同時也容易形

6、成不活潑的氧化物PtO，使能夠吸附As(Ⅱ)的位點減少，在氧轉(zhuǎn)移反應中阻礙反應的進行。通過與Pt圓盤電極相比，我們發(fā)現(xiàn)Pt納米顆粒修飾電極對檢測的提升作用不僅僅是比表面積的增加，活性位點的增加也是靈敏度較高的原因。更重要的是，這項工作為我們提高檢測As(Ⅲ)的靈敏度提高了一個新的路徑，通過改變顆粒尺寸，有可能可以實現(xiàn)檢測靈敏度的提升。
　　(3)研究了NaLa(SO4)2和ZrO2復合材料對飲用水中氟離子的去除性能。對吸附的動力學

7、過程和熱力學過程研究發(fā)現(xiàn)，吸附過程數(shù)據(jù)擬合屬于朗繆爾模型，這一結(jié)果說明氟離子吸附過程是一個單吸熱的吸附過程。在pH為6的條件下，我們用朗繆爾模型計算發(fā)現(xiàn)吸附的最大容量為133毫克/克，這個容量相比于其他材料有一定的優(yōu)勢。在共存離子的研究中，我們涉及了常見的幾種陰離子:Cl-、SO42-、NO3-、HCO3-、PO43-，發(fā)現(xiàn)這些常見離子均沒有對材料的吸附產(chǎn)生明顯影響，驗證了材料較好的選擇性。通過紅外和X射線光電子能譜的分析，我們對材料的