蛋氨酸改性類水滑石對(duì)水中As(Ⅲ)-As(Ⅴ)的吸附過程及機(jī)理研究.pdf

1、砷是一種高毒性的類金屬元素，目前由于人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫奶砑觿┖偷V產(chǎn)開發(fā)等，造成了大量的環(huán)境水體砷污染，嚴(yán)重威脅著人們的飲水安全。因此，開發(fā)合適的材料對(duì)水中砷進(jìn)行去除是當(dāng)前含砷廢水資源化應(yīng)用和飲用水安全的關(guān)鍵?；谏矬w內(nèi)巰基蛋白質(zhì)和砷的甲基化解毒作用機(jī)理，本論文通過恒定pH法對(duì)鋅鋁類水滑石(Layered Double Hydroxides，LDHs)進(jìn)行改性，合成含有硫的蛋氨酸(Met)插層LDHs。結(jié)合宏觀吸附動(dòng)力學(xué)、等溫線、共存

2、離子的影響和反應(yīng)前后材料的微觀表征，分別研究了有機(jī)物改性前后的類水滑石對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附過程和機(jī)理，探討含硫氨基酸在體外與砷的結(jié)合機(jī)制。研究結(jié)果表明:
　　(1)通過共沉淀法合成的蛋氨酸改性類水滑石(Zn0.7Al0.3(OH)2(Met)0.3·0.32H2O)具有良好的晶體結(jié)構(gòu)且熱力學(xué)穩(wěn)定。其在水中對(duì)As(Ⅲ)具有較好的吸附性能，在298 K、318K、338 K時(shí)對(duì)As(Ⅲ)的最大理論吸附容量分別為94.11 m

3、g/g，108.44mg/g，88.39 mg/g，遠(yuǎn)高于一般的除砷材料。動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線表明As(Ⅲ)的吸附是一個(gè)吸熱、有利的反應(yīng)，在一定范圍內(nèi)，溫度升高，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。
　　(2)通過FTIR、XPS、NMR機(jī)理分析表明，羧基和硫的存在可大大促進(jìn)As(Ⅲ)的吸附，且硫的作用明顯大于羧基的作用。在As(Ⅲ)反應(yīng)過程中，Met上的-C=O鍵中O原子可與H3AsO3中的-OH形成氫鍵，其中-OH作為氫鍵的供體，-C=O中的O原

4、子為氫鍵的受體，從而促進(jìn)As(Ⅲ)的去除。另外，蛋氨酸中含有的硫由于其原子外圍含有孤對(duì)電子，易與As3+形成環(huán)狀的絡(luò)合物，從而提高對(duì)As(Ⅲ)的去除。
　　(3) Zn2Al-Met-LDHs對(duì)As(Ⅴ)的吸附也是一個(gè)快速的、吸熱反應(yīng)，且較好的符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，升高溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行;298 K和338 K時(shí)，Langmuir能較好的擬合As(Ⅴ)的吸附等溫線，當(dāng)溫度升高到318 K時(shí)，F(xiàn)reundlich更能較好擬合As(

5、Ⅴ)的吸附，其最大理論吸附容量分別為77.82 mg/g，90.90mg/g，77.52 mg/g。FTIR和XPS表征分析表明，Zn2Al-Met-LDHs對(duì)As(Ⅴ)的吸附一方面通過表面金屬的靜電作用、離子交換等非特異性吸附去除;另一方面則是通過插層蛋氨酸根離子與As(Ⅴ)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)去除，如氫鍵等。
　　(4)在陰陽共存離子影響時(shí)，砷的吸附受磷的影響較大，隨P濃度的增大，As(Ⅴ)吸附容量明顯減小，而As(Ⅲ)變化卻較小;且

6、當(dāng)溶液中含有金屬陽離子存在時(shí)，可明顯提高As(Ⅴ)吸附容量。在不同解析液中，As(Ⅴ)的解析量由水中的3.8％分別增加到39.1％、22.9％、14.9％(NaOH、Na2CO3、 Na2HPO4)。而As(Ⅲ)則不容易解析下來，在不同的解析液中，其解析量分別為5.3％、8.7％、7.4％、6.4％。
　　本文通過有機(jī)物蛋氨酸插層LDHs的改性，制備了對(duì)砷具有高去除率的Zn2Al-Met-LDHs。并詳細(xì)探討了砷的吸附過程與機(jī)理，