活性炭負載Fe-Ti改性及去除水體砷的效果和機理研究.pdf

1、砷是我國優(yōu)先控制的污染物，隨著社會經(jīng)濟和工業(yè)發(fā)展，水體砷污染已成為世界許多國家面臨的重要環(huán)境和社會問題之一，研究水體砷污染的修復(fù)技術(shù)及其機理對于保護生態(tài)環(huán)境、提高人民健康水平及構(gòu)建和諧社會具有重要意義。本項研究的目的是，通過對活性炭的改性及其除砷效果和機理研究，建立以活性炭材料為主體的方便快捷、經(jīng)濟實惠和高效安全的水體除砷技術(shù)。本研究通過篩選不同種類的活性炭和改性試劑，篩選并制備出一種可高效吸附水體中砷的負載金屬及金屬氧化物的改性活性炭

2、。在此基礎(chǔ)上，采用實驗室批處理實驗，結(jié)合全自動比表面和微孔分析儀、X射線熒光光譜儀、掃描電子顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜儀、X射線衍射儀等現(xiàn)代儀器分析方法對負載金屬及金屬氧化物改性活性炭進行形態(tài)表征，研究了其對水體砷的去除效果、影響因素及去除機理，并將改性后的活性炭制成吸附柱，應(yīng)用于實驗室小試和湖北江漢平原某村砷污染地下水中試實驗。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、采用Fe/Ti改性活性炭可以顯著提高活性炭的除砷效果。實驗表明，用0.

3、025mol/L FeSO4和0.20mol/L TiCl4溶液聯(lián)合改性10-30目煤質(zhì)顆粒活性炭得到的對As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附效果最好。0.50 gFe/Ti改性活性炭在吸附時間為1.5h對50mL200μg/L的砷溶液中砷的去除率接近90%，比未改性的活性炭吸附砷提高了70%。用改性后的活性炭吸附水溶液中的砷，在正常水質(zhì)條件下，砷不易被解吸。
　　 2、通過用現(xiàn)代儀器分析方法對Fe/Ti改性活性炭進行形態(tài)表征，發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)

4、顆?；钚蕴控撦d鈦和鐵以后，活性炭中的鈦和鐵都有所增加，其中鈦增加的較為明顯；表面分布更加均勻，新生很多微孔，比表面積增加，平均孔徑減少；改性引入了Fe和Ti在活性炭表面形成Fe-O鍵和Ti-O鍵；XRD分析表明，鐵和鈦以非晶質(zhì)形態(tài)負載在活性炭表面，并沒有產(chǎn)生新的晶體。
　　 3、本實驗采用控制變量法，研究了溫度、pH、吸附時間、光照、共存離子(K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、NO3-、Fe3+、SiO32-、H2P

5、O4-)對經(jīng)FeSO4和TiCl4共同改性的活性炭除砷效果的影響。研究結(jié)果表明，溫度10℃-40℃，pH4-10，以及有無光照并不影響Fe/Ti改性活性炭對As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除率；溶液陪伴離子K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、NO3-對Fe/Ti改性活性炭吸附砷沒有明顯影響，但Fe3+、SiO32-、H2PO4-對Fe/Ti改性活性炭吸附砷有抑制作用。Fe/Ti改性活性炭對As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附過程可用Freu

6、ndlich和Langmuir等溫吸附方程較好擬合。本實驗條件下，采用Langmuir等溫吸附方程計算得到Fe/Ti改性活性炭對As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的最大吸附容量分別為2.542 mg/g和2.285mg/g。實驗表明，在固液比50g/L，溫度為25℃，自然光照條件下，F(xiàn)e/Ti改性活性炭對于As(Ⅴ)和As(Ⅲ)起始濃度為200μg/L的溶液，在吸附時間1.5h內(nèi)即可達到滿意吸附效果。但是，吸附體系應(yīng)該盡量避免Fe3+、SiO32-

7、、H2PO4-存在。
　　 4、采用儀器分析了吸附機理，結(jié)果表明，F(xiàn)e/Ti改性活性炭吸附砷是以配位絡(luò)合的專性吸附為主。有光照條件下，F(xiàn)e/Ti改性活性炭表面的Fe-O鍵和Ti-O鍵與As形成非質(zhì)子化的As-O鍵。在無光照條件下，F(xiàn)e-O鍵和Ti-O鍵則與As形成雙配位絡(luò)合的Fe-O-As鍵和Ti-O-As鍵。XRD分析表明，吸附過程中沒有產(chǎn)生新的晶體結(jié)構(gòu)，表明As未進入Fe/Ti改性活性炭的晶格內(nèi)部。
　　 5、為探討

8、Fe/Ti改性活性炭應(yīng)用于實際的可行性和科學(xué)性，進行了除砷的實驗室小試和湖北江漢平原某村的中試試驗。結(jié)果表明，F(xiàn)e/Ti改性活性炭對砷的處理水量隨著流速的增大而減小。在滿足砷出水濃度低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)10μg/L的前提下，實驗室小試試驗中，模擬含砷廢水濃度為200μg/L，流速為2 mL/min和6 mL/min時，模擬吸附柱處理水能力達到332L/kg和276L/kg。在湖北某地地下水中試試驗中，在地