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施氏矿物对污染水体中六价铬及三价砷的吸附去除研究

作　者: 陈福星
导　师: 周立祥
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 施氏矿物六价铬三价砷吸附选择性
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 2次
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内容摘要

六价铬和三价砷作为两类具有很强迁移性和毒性的重（类）金属元素，已被国家列入优先控制污染物名单之中。目前含六价铬和三价砷废水的处理方法主要包括氧化还原沉淀法，离子交换法，生物法以及吸附法等。在上述方法中，吸附法因具有效率高、操作简单方便、成本低，运行稳定等优点，被认为是最有效的方法之一。目前，含砷地下水也主要是采用吸附法来净化。Schwertmannite[施氏矿物，分子式为Fe₈O₈（OH）_8-2x（SO₄）_x]，是在硫酸根含量丰富的酸性环境下发现的一种二次矿物，主要通过嗜酸性氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans催化氧化Fe²⁺而成。由于该矿物比表面大以及特殊的孔道结构，在酸性矿山废水外排的酸性自然环境中，它可以共沉淀和吸附很多有毒（类）金属，而使废水中有毒金属钝化。但有意识地合成施氏矿物并利用其处理废水或污染水体却鲜有报道。鉴于其特殊的理化特征，本试验通过人工方法生物催化合成该矿物并对其进行了吸附性能研究。吸附方法主要采用热力学平衡批式试验法和动力学过滤柱法。结果表明，不管是在重金属离子(Cr（Ⅵ），Cu²⁺，Zn²⁺和Cd²⁺)共存的电镀废水中还是在含As（Ⅲ）等多种离子的地下水中，施氏矿物对Cr（Ⅵ）和As（Ⅲ）等阴离子都表现出很强的选择性吸附，且达到吸附平衡仅需1.5～2小时左右。吸附剂schwertmannite吸附去除Cr（Ⅵ）和As（Ⅲ）的最佳pH值分别为6.0～7.0和8.5～9.0，对应的振荡平衡最大吸附量分别为55.0mg／g和67.7mg／g。与此同时，Cr（Ⅵ）的滤柱过滤吸附容量为前者的83％，接触时间为25min。当Cr（Ⅵ）初始浓度≤100mg／L或As（Ⅲ）初始浓度≤1mg／L时，Cr（Ⅵ）和As（Ⅲ）的去除率分别高达90％以上和98％以上，并且在各自的供试温度20℃～52℃（Cr（Ⅵ））和8℃～48℃（As（Ⅲ））范围内，温度对Cr（Ⅵ）和As（Ⅲ）的吸附几乎无影响。试验还表明，一价阴离子（如Cl^-和NO₃^-）对Cr（Ⅵ）和As（Ⅲ）的去除干扰极小，而仅当介质中SO₄^2-和PO₄³与Cr（Ⅵ）的摩尔比分别超过5：1和1：5时，与As（Ⅲ）的摩尔比分别超过1000：1和10：1时，两种无机阴离子才影响施氏矿物对两类络阴离子的吸附。水体中四种常见阴离子对施氏矿物吸附Cr（Ⅵ）和As（Ⅲ）的干扰能力强弱表现为：PO₄^3-＞SO₄^2-＞NO₃^-=Cl^-。解吸试验表明0.005mol／L NaOH最适合对吸附剂schwertmannite进行循环再生。研究还发现，施氏矿物对Cr（Ⅵ）和As（Ⅲ）的吸附，前期主要以化学吸附为主，后期则更多的倾向于物理吸附。结合EXAFS、FT-IR及相关的数学模型分析得知：整个吸附过程涉及多种反应机制如离子交换反应、取代反应(SO₄^2-、Fe-O配位体取代等)、络合反应及静电引力。最后通过与常见的吸附剂：活性炭进行吸附去除比较，发现在pH5.0以上，施氏矿物对Cr（Ⅵ）的吸附去除率是活性炭的3.5倍，但两者兼用具有抗废水pH波动所产生的冲击，与之有所差异的是施氏矿物对As（Ⅲ）的吸附强度和吸附容量在pH2.0～10.0范围内都明显优于活性炭。综合表明，对处理六价铬和三价砷废水，施氏矿物是一类既经济又实效的良好吸附剂。

施氏矿物对污染水体中六价铬及三价砷的吸附去除研究

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