天然含鐵錳礦-水界面砷的氧化和吸附動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、砷是一種有毒重金屬，通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)富集，對(duì)人體及其他生物造成嚴(yán)重危害。在水和土壤環(huán)境中，As(Ⅲ)比As(Ⅴ)移動(dòng)性更強(qiáng)，且不易被吸附除去，對(duì)于人體而言，亞砷酸鹽的毒性比砷酸鹽大，因此，As(Ⅲ)的氧化不僅影響砷的生物有效性和毒性，而且還會(huì)影響到砷在水體和土壤中的形態(tài)、遷移和轉(zhuǎn)化，以及環(huán)境砷的修復(fù)效果。天然含鐵錳礦具有電荷零點(diǎn)低、反應(yīng)活性強(qiáng)、孔隙率高等特點(diǎn)，是As(Ⅲ)的天然氧化劑，在我國(guó)礦藏豐富，是一種有開發(fā)利用前景的砷污染修復(fù)

2、環(huán)境材料。
　　本課題采用實(shí)驗(yàn)室批量法研究天然鐵錳礦氧化和吸附As(Ⅲ)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，探討不同因素對(duì)天然鐵錳礦氧化As(Ⅲ)的影響，揭示含鐵錳礦/水界面氧化和吸附As(Ⅲ)的原位動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其作用機(jī)制。主要結(jié)論如下:
　　(1)對(duì)3種天然錳礦和2種合成錳礦理化性質(zhì)的研究表明，3種天然含鐵錳礦（編號(hào)1-3）的Mn/Fe比(31.94、4.88、2.2)和電荷零點(diǎn)(3.5-6.4)差別較大，而其錳氧化度(3.4-3.8)和pH(

3、6.8-7.0)相差不大;人工合成酸性水鈉錳礦（編號(hào)4）的MnO2含量和錳氧化度大于鈣錳礦（編號(hào)5），而電荷零點(diǎn)和pH值趨勢(shì)相反。2種人工合成錳礦比表面積相比于3種天然含鐵錳礦的比表面積、孔容及平均孔徑都要大，尤其是兩類錳礦的孔容相差6倍左右。
　　(2)采用批量法實(shí)驗(yàn)研究了含鐵錳礦氧化As(Ⅲ)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)及其影響因素。結(jié)果表明，對(duì)As(Ⅲ)的氧化能力依次為:4號(hào)酸性水鈉錳礦(70.2％)＞1號(hào)低鐵錳礦(49.2％)＞3號(hào)高鐵錳

4、礦(32.8％)＞2號(hào)中鐵錳礦(26.8％)＞5號(hào)鈣錳礦(24.1％)，對(duì)As(Ⅲ)的吸附能力依次為:4號(hào)酸性水鈉錳礦(58.18％)＞5號(hào)鈣錳礦(50.42％)＞3號(hào)低鐵錳礦(40.62％)＞2號(hào)中鐵錳礦(36.45％)＞1號(hào)高鐵錳礦(29.74％)。隨著pH(6-7.9)的增大，鐵錳礦對(duì)As(Ⅲ)的氧化性增強(qiáng)。
　　(3)采用現(xiàn)代波譜技術(shù)，分析了天然含鐵錳礦/水界面氧化As(Ⅲ)的作用機(jī)制。XRD圖譜分析表明，鐵錳礦氧化吸附前

5、后并沒(méi)有生成新的晶型物質(zhì)。FTIR分析發(fā)現(xiàn)，鐵錳礦吸附前后，在856 cm-1處出現(xiàn)了M-O-As的伸縮振動(dòng)，表明其表面形成了砷酸鹽。應(yīng)用XPS分析表明，鐵錳礦在氧化吸附As(Ⅲ)過(guò)程中錳元素將As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ)，而錳元素則由Mn(Ⅳ)還原成Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅱ);鐵元素價(jià)態(tài)并未發(fā)生變化，說(shuō)明在鐵錳礦氧化吸附As(Ⅲ)過(guò)程中Mn起到氧化作用，而Fe僅起著吸附作用，從而進(jìn)一步促進(jìn)錳氧化物氧化As(Ⅲ)。
　　(4)通過(guò)探討吸

6、附砷的解吸特性研究了天然含鐵錳礦的再生性。結(jié)果表明，三種解吸劑解吸能力依次為NaOH＞NaHCO3＞NaCl，其中NaOH的解吸率達(dá)到了59％～94％，表明吸附砷的鐵錳礦有一定的再生性。
　　(5)研究了反應(yīng)體系中添加Na4P2O7對(duì)2號(hào)天然錳礦（中鐵）和5號(hào)鈣錳礦氧化As(Ⅲ)的影響及其機(jī)制。結(jié)果表明，溶液中存在Na4P2O7時(shí)，對(duì)As(Ⅲ)的氧化有促進(jìn)作用，氧化率分別提高了1.31倍和2.67倍，這是由于溶液中Na4P2O7的