地下水中砷和氟離子檢測與去除的機(jī)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(yán)重的影響與威脅，也對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)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(zhǔn)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(fù)雜、痕量

2、、多組分和存在形態(tài)多樣的特點(diǎn)，高效、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、準(zhǔn)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(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)在電化學(xué)檢測水中污染物中有比較廣泛的應(yīng)用，尤其是金、鉑、銀，由于較好的靈敏性和抗干擾能力，在實(shí)際環(huán)境中應(yīng)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(yīng)，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(shí)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(yīng)和鉑顆粒的尺寸效應(yīng)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(xué)響應(yīng)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(xué)清洗

4、方法，最大限度的去除了表面活性劑的影響。雖然進(jìn)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(xué)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(yīng)的機(jī)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(xué)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(diǎn)減少，在氧轉(zhuǎn)移反應(yīng)中阻礙反應(yīng)的進(jìn)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(diǎn)的增加也是靈敏度較高的原因。更重要的是，這項(xiàng)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(shí)現(xiàn)檢測靈敏度的提升。
　　(3)研究了NaLa(SO4)2和ZrO2復(fù)合材料對飲用水中氟離子的去除性能。對吸附的動力學(xué)

7、過程和熱力學(xué)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(jì)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(yàn)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