鐵錳復(fù)合氧化物的制備及除砷性能研究.pdf

1、砷是一種有毒的元素，屬于水體污染物之一。隨著礦產(chǎn)資源地嚴(yán)重開發(fā)，砷污染越來越威脅著人類的健康。去除水體中砷的污染是環(huán)境學(xué)者探討的熱門課題，并且對于處理含砷廢水，制備高效除砷的吸附材料是一種重要的技術(shù)手段。本文通過硫酸浸泡天然含鐵錳礦得到以鐵、錳離子為主的溶液，以去除砷的效率為標(biāo)準(zhǔn)，選定砷初始濃度，選擇合適的鐵鹽和錳鹽，改變?nèi)芤旱蔫F錳摩爾比，經(jīng)沉淀、過濾、烘干，煅燒等過程人工合成除砷效果最好的鐵錳復(fù)合氧化物。利用X射線熒光(XRF)、X射

2、線衍射(XRD)、X射線能譜(EDS)、紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)等測試技術(shù)對材料進(jìn)行表征，以探討鐵錳復(fù)合氧化物的除砷機(jī)制。并對鐵錳復(fù)合氧化物的除砷性能做了全面地研究，探討其飽和吸附量、吸附動力學(xué)和除砷效率的影響因素。最后進(jìn)行復(fù)合物地解吸、再生與穩(wěn)定化和酸浸廢渣的固化研究，防止二次污染。
　　研究表明，硫酸濃度為2.1mol/L，反應(yīng)時間為3.5h，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)固液質(zhì)量比為1∶4時，鐵浸出率達(dá)到66％，錳浸

3、出率達(dá)到93％，濾液中鐵錳摩爾比(Fe/Mn)為1∶2.4。制備復(fù)合物時添加二價鐵鹽改變鐵錳摩爾比的除砷效果優(yōu)于三價鐵鹽時。選用NaCO3做沉淀劑，煅燒溫度為400℃，F(xiàn)e/Mn為12∶1與4∶1時分別對As(Ⅲ)與As(Ⅴ)有最好的去除能力。
　　利用XRF、XRD、EDS、FTIR、SEM等技術(shù)分別表征兩種鐵錳復(fù)合氧化物可知，復(fù)合物主要由Fe、Mn組成，A1其次。鐵人工合成的赤鐵礦(α-Fe2O3)、磁赤鐵礦(γ-Fe2O3)

4、和針鐵礦(α-FeOOH)形式存在，錳以羥基化合物和非晶態(tài)MnO2形式存在，復(fù)合物中的錳的化合物有氧化作用，能將三價砷氧化成五價。吸附后的兩種固體表面都檢測出了砷酸鐵(FeAsO4)。掃描電鏡下看到復(fù)合物由排列疏松的球形顆粒組成，均一性好。研究認(rèn)為復(fù)合物對砷的去除機(jī)理包括氧化作用，共沉淀作用和吸附作用，其中以材料表面羥基絡(luò)合的吸附作用為主。
　　用Langmuir等溫線能夠很好地描述兩種復(fù)合物的吸附等溫線，R2＞0.99。兩種復(fù)合

5、物對As(Ⅲ)與As(Ⅴ)的最大吸附量分別為181.82mg/g和161.29mg/g。吸附量隨時間的變化可以用Lagergren二級速率方程擬合，溫度的升高可以增強(qiáng)復(fù)合物的除砷效果。復(fù)合物的除砷能力受pH影響較大，總體來說，在pH3-9的區(qū)間內(nèi)，去除率隨PH的升高而增加，弱酸、中性偏堿性的環(huán)境有助于對砷的去除。共存陽離子Ca+、Mg2+能夠促進(jìn)對砷的吸附;HCO3-起負(fù)影響;SO42-影響很小，可忽略。采用濃堿浸泡法解吸附，NaOH濃

6、度為0.5mol/L時解吸率可達(dá)90％以上。再生試驗后的鐵錳復(fù)合氧化物除砷效率良好，經(jīng)固化后的砷渣浸提液中砷的濃度為0.00237mg/L，遠(yuǎn)低于5mg/L。
　　本文的特色在于利用天然含鐵錳礦為原材料，改變鐵錳摩爾比來分別制備具有高效除砷性能的新型鐵錳復(fù)合氧化物，經(jīng)濟(jì)節(jié)省。另外，本文較全面地探討了復(fù)合物的除砷性能，對材料進(jìn)行多種表征，從而分析其除砷機(jī)理，為復(fù)合物的改性及工程實踐提供了理論依據(jù)。最后進(jìn)行解吸再生與資源化，對環(huán)境保護(hù)