化學與生物成因施氏礦物的礦物學特征及其對水中As(III)吸附去除效果的研究.pdf

1、砷是一種具有原生質(zhì)毒性的類金屬,已被美國疾病控制中心和國際防癌研究機構(gòu)確定為第一類致癌物。吸附法除砷因效率高、操作方便、成本低、運行穩(wěn)定等優(yōu)點,被公認為是最有效的除砷方法之一,開發(fā)高效低成本除砷劑已成為地下飲用水除砷技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。施氏礦物具有較大的比表面積、含有大量-OH、SO42-等基團而對重(類)金屬離子有吸附作用,作為一種具有良好應(yīng)用前景的新型吸附材料而倍受人們關(guān)注。自然成因施氏礦物因混雜其他礦相或已吸持大量有毒元素難以分離

2、純化而不適用于水的深度凈化處理。本文采用生物法和化學法在實驗室人工合成施氏礦物,比較了兩種方法合成礦物對As(Ⅲ)的吸附性能,并通過各種預(yù)處理來提高礦物對As(Ⅲ)的吸附量,并將粉狀施氏礦物負載在沸石表面進行顆粒化成形,采用柱實驗對吸附模擬含砷地下水的去除效果進行了動態(tài)研究,主要研究結(jié)果如下:
　　 通過A.ferrooxidans生物氧化(生物法)和H2O2氧化水解FeSO4(化學法)制備純施氏礦物?；瘜W法合成礦物速率明顯快于

3、生物法,兩者合成礦物時間分別為24 h和48～60 h,總鐵沉淀率分別為43.1％和36.7％；但生物合成施氏礦物顆粒均勻、分散性好、礦物比表面積(45.63 m2/g)遠高于化學合成(3.17 m2/g),其等電點(pHpzc=7.6)也高于化學成因礦物(pHpzc=5.7),且礦物顆粒呈海膽狀,直徑在2～3μm之間,而化學合成礦物顆粒輪廓呈圓滑球形,粒徑較小,在400～600 nm之間。
　　 采用靜態(tài)吸附實驗對兩種方法合成

4、施氏礦物吸附去除水中As(Ⅲ)效果進行了對比研究,發(fā)現(xiàn)生物成因施氏礦物吸附性能明顯優(yōu)于化學成因礦物,其吸附As(Ⅲ)速率約是后者的2倍,吸附適宜pH范圍較廣,對As(Ⅲ)專性吸附能力強于化學成因施氏礦物,在室溫下其對As(Ⅲ)的最大吸附量分別為102 mg/g,比化學成因施氏礦物(82mg/g)高出約24.1％。
　　 鑒于生物成因施氏礦物對As(Ⅲ)吸附性能明顯優(yōu)于化學成因礦物,因此只對前者進行NaOH、NaCl、200℃灼燒

5、及乙醇-超聲預(yù)處理。結(jié)果表明,經(jīng)0.01 mol/L NaOH溶液處理后礦物的吸附性能最佳,在室溫下最大吸附量達到143.3 mg/g,吸附能力提高了41.8％,比表面積從原來的45.63 m2/g增加到325.18 m2/g,Fe/S摩爾比亦增加,礦物干燥時團聚現(xiàn)象明顯減弱。
　　 對顆粒狀施氏礦物吸附柱動態(tài)吸附模擬含砷地下水進行了研究,表明在初始As(Ⅲ)濃度為0.2 mg/L,流速為1.2 mL/min時去除效果最佳,其1

6、0μg/L穿透體積為800 BV,對As(Ⅲ)飽和吸附量達到6.6 mg/g,同時施氏礦物吸附性能不受As形態(tài)的影響,對As(Ⅴ)顯示出了良好的吸附性能。
　　 本文研究表明,生物法合成施氏礦物的理化性質(zhì)及對As(Ⅲ)吸附性能均優(yōu)于化學合成礦物,通過0.01 mol/L NaOH溶液預(yù)處理能有效提高礦物吸附性能,將粉末狀施氏礦物制備成顆粒狀后,仍具有較高的吸附能力。施氏礦物作為一種高效除砷材料,在工程中展現(xiàn)出良好的潛在應(yīng)用前景。