典型含鐵錳礦礦物學(xué)和表面化學(xué)及對(duì)砷的吸附研究.pdf

1、重金屬吸附材料一直是環(huán)境科學(xué)的研究重點(diǎn)，其中針對(duì)典型吸附材料鐵氧化物、錳氧化物的研究較多。天然含鐵錳礦集合了鐵氧化物、錳氧化物的特性，對(duì)重金屬具有很好的去除效果，且資源廣泛，具有非常好的應(yīng)用前景，但目前對(duì)含鐵錳礦性質(zhì)及對(duì)重金屬去除機(jī)理的研究較少。本文以天然含鐵錳礦、合成的鐵氧化物、錳氧化物及鐵錳二元復(fù)合氧化物作為研究對(duì)象，采用XRD、FTIR、TG、XPS、掃描電鏡等技術(shù)手段對(duì)材料進(jìn)行成分分析、礦物學(xué)及表面化學(xué)表征，并研究了材料對(duì)重金屬

2、（鉛、鋅、鎘、鉻、砷）的吸附效果，分析了不同因素對(duì)含鐵錳礦吸附砷的影響，再結(jié)合對(duì)吸附砷前后材料的表征，探討了含鐵錳礦吸附砷的機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　1.采用XRD、FTIR分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，供試10種天然含鐵錳礦均含有軟錳礦、磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦，其中碳酸錳礦還含有特有物質(zhì)菱鐵礦和菱錳礦。通過掃描電鏡觀察材料形貌特征發(fā)現(xiàn)，天然含鐵錳礦以塊狀形式存在為主，表面較光滑，吸附砷后有小顆粒吸附在塊狀表面;而合成礦物顆粒較小，排列疏松，比表

3、面積相較于天然含鐵錳礦而言要大幅增加。
　　2.采用TG分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，10種天然含鐵錳礦及人工合成的鐵氧化物、錳氧化物在47℃、260℃、590℃時(shí)質(zhì)量減輕幅度較大，分別造成濕存水、結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水的損失，同時(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞。而人工合成的鐵錳二元復(fù)合氧化物主要在300℃之前損失質(zhì)量。
　　3.采用Tessier5步順序提取法分析鐵、錳形態(tài)發(fā)現(xiàn)，天然含鐵錳礦中Mn主要以可氧化態(tài)、可還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的形式存在，含量分布分別是18％

4、20％、11％～21％和59％～68％; Fe主要以殘?jiān)鼞B(tài)的形式存在，含量約占95％，但殘?jiān)鼞B(tài)不具備氧化As的能力。因此，含鐵錳礦在對(duì)砷的吸附氧化過程中，F(xiàn)e主要起吸附作用，而Mn則起到氧化作用。此外，在10種天然含鐵錳礦中， Ca、As含量與鐵、錳各形態(tài)含量顯著相關(guān)，但與Fe、Mn含量無關(guān)。
　　4.研究供試材料對(duì)5種重金屬的吸附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，10種天然含鐵錳礦對(duì)Pb的吸附能力最強(qiáng)，平均去除率為92.17％，其次為As，平均去除率為

5、61.60％，碳酸錳礦對(duì)As的吸附能力最弱，去除率僅有15.54％，但對(duì)Zn和Cd具有較好的吸附能力，其去除率分別為66.93％、42.62％。人工合成的鐵錳二元復(fù)合氧化物對(duì)Pb、Cr、As的吸附能力都很強(qiáng)，平均去除率依次為97.25％、99.34％、99.98％，對(duì)Zn、Cd的吸附能力卻很弱，平均去除率依次為67.61％、53.85％。人工合成的鐵氧化物和錳氧化物對(duì)Pb、As的吸附量很高，對(duì)Zn、Cr、Cd的吸附量隨氧化物種類不同而有

6、較大差異，表現(xiàn)出選擇性吸附。含鐵錳礦對(duì)Cr的去除率與材料比表面積及Fe含量顯著正相關(guān)，與錳的氧化度顯著負(fù)相關(guān);As去除率與材料比表面積及Fe含量顯著正相關(guān)。
　　5.采用實(shí)驗(yàn)室批處理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含鐵錳礦材料吸附砷符合Freundlich等溫吸附方程。吸附動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，前4h含鐵錳礦與砷溶液反應(yīng)迅速，至12h時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡。
　　6.采用XRD、FTIR、XPS對(duì)吸附砷前后的礦物材料進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在吸附過程中，Mn作