施氏礦物對(duì)污染水體中六價(jià)鉻及三價(jià)砷的吸附去除研究.pdf

1、六價(jià)鉻和三價(jià)砷作為兩類具有很強(qiáng)遷移性和毒性的重(類)金屬元素，已被國(guó)家列入優(yōu)先控制污染物名單之中。目前含六價(jià)鉻和三價(jià)砷廢水的處理方法主要包括氧化還原沉淀法，離子交換法，生物法以及吸附法等。在上述方法中，吸附法因具有效率高、操作簡(jiǎn)單方便、成本低，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為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來(lái)凈化.
　　 Schwertmannite[施氏礦物，分子式為Fe8O8(OH)8-2x(SO4)x]，是在硫

2、酸根含量豐富的酸性環(huán)境下發(fā)現(xiàn)的一種二次礦物，主要通過(guò)嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌Acidithiobacillusferrooxidans催化氧化Fe2+而成。由于該礦物比表面大以及特殊的孔道結(jié)構(gòu)，在酸性礦山廢水外排的酸性自然環(huán)境中，它可以共沉淀和吸附很多有毒(類)金屬，而使廢水中有毒金屬鈍化。但有意識(shí)地合成施氏礦物并利用其處理廢水或污染水體卻鮮有報(bào)道。
　　 鑒于其特殊的理化特征，本試驗(yàn)通過(guò)人工方法生物催化合成該礦物并對(duì)其進(jìn)行了吸附性

3、能研究。吸附方法主要采用熱力學(xué)平衡批式試驗(yàn)法和動(dòng)力學(xué)過(guò)濾柱法。結(jié)果表明，不管是在重金屬離子(Cr(Ⅵ)，Cu2+，Zn2+和Cd2+)共存的電鍍廢水中還是在含As(Ⅲ)等多種離子的地下水中，施氏礦物對(duì)Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ)等陰離子都表現(xiàn)出很強(qiáng)的選擇性吸附，且達(dá)到吸附平衡僅需1.5～2小時(shí)左右。吸附劑schwertmannite吸附去除Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ)的最佳pH值分別為6.0～7.0和8.5～9.0，對(duì)應(yīng)的振蕩平衡最大吸附量分別為5

4、5.0mg/g和67.7mg/g。與此同時(shí)，Cr(Ⅵ)的濾柱過(guò)濾吸附容量為前者的83％，接觸時(shí)間為25min。當(dāng)Cr(Ⅵ)初始濃度≤100mg/L或As(Ⅲ)初始濃度≤1mg/L時(shí)，Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ)的去除率分別高這90％以上和98％以上，并且在各自的供試溫度20℃～52℃(Cr(Ⅵ))和8℃～48℃(As(Ⅲ))范圍內(nèi)，溫度對(duì)Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ)的吸附幾乎無(wú)影響。試驗(yàn)還表明，一價(jià)陰離子(如Cl-和NO3-)對(duì)Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ

5、)的去除干擾極小，而僅當(dāng)介質(zhì)中SO42-和PO43與Cr(Ⅵ)的摩爾比分別超過(guò)5:1和1:5時(shí)，與As(Ⅲ)的摩爾比分別超過(guò)1000:1和10:1時(shí)，兩種無(wú)機(jī)陰離子才影響施氏礦物對(duì)兩類絡(luò)陰離子的吸附。水體中四種常見(jiàn)陰離子對(duì)施氏礦物吸附Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ)的干擾能力強(qiáng)弱表現(xiàn)為：PO43->SO42->NO3-=Cl-。解吸試驗(yàn)表明0.005mol/L NaOH最適合對(duì)吸附劑schwertmannite進(jìn)行循環(huán)再生。
　　 研究還

6、發(fā)現(xiàn)，施氏礦物對(duì)Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ)的吸附，前期主要以化學(xué)吸附為主，后期則更多的傾向于物理吸附。結(jié)合EXAFS、FT-IR及相關(guān)的數(shù)學(xué)模型分析得知：整個(gè)吸附過(guò)程涉及多種反應(yīng)機(jī)制如離子交換反應(yīng)、取代反應(yīng)(SO42-、Fe-O配位體取代等)、絡(luò)合反應(yīng)及靜電引力。
　　 最后通過(guò)與常見(jiàn)的吸附劑：活性炭進(jìn)行吸附去除比較，發(fā)現(xiàn)在pH5.0以上，施氏礦物對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附去除率是活性炭的3.5倍，但兩者兼用具有抗廢水pH波動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊，