天然菱铁矿与人造菱铁矿除砷性能研究

【摘要】： 我国高砷地下水分布广泛,经济、高效的饮用水除砷技术受到广泛关注。本文利用天然菱铁矿和实验室制备的人造菱铁矿进行了砷的吸附研究。研究了吸附反应时间、初始浓度、砷形态、温度、pH值、共存阴离子等对吸附砷性能的影响,并探讨了除砷机理。 结果表明,25 oС时天然菱铁矿对砷的吸附平衡时间为72.0 h,极好地符合Lagergren二级吸附速率方程(相关系数R20.99)。45 oС时,天然菱铁矿对As(III)和As(V)的饱和吸附量分别为0.84和0.70 mg·g-1。各温度下,天然菱铁矿对砷的吸附均很好地符合Langmuir吸附等温模型,表明天然菱铁矿对砷的吸附过程主要为单分子层的吸附,物理吸附为主,且吸附过程为吸热反应,升高温度有利于反应的进行。pH对As(III)的吸附有一定影响,但不显著,而对As(V)的吸附无明显影响。硅酸盐与磷酸盐对天然菱铁矿吸附砷具有抑制作用。 人造菱铁矿对砷的吸附平衡时间仅为3.0 h,远低于天然菱铁矿。45 oС时,对As(III)和As(V)的最大吸附量分别可达到14.47和30.77 mg·g-1,远大于天然菱铁矿。人造菱铁矿对As(III)的吸附符合Lagergren二级吸附动力学方程。45 oС时Langmuir吸附等温模型可以很好地描述As(III)的吸附特性,而在25 oС和35 oС下Freundlich吸附等温模型模拟的相关性更好。较低温度下(15和25 oС)人造菱铁矿对As(V)的吸附更加适合Langmuir吸附等温模型,而温度稍高时(35和45 oС)Freundlich模型更好地模拟吸附过程。该材料对砷的吸附反应为自发的吸热反应,反应温度越高越有利于砷的吸附。人造菱铁矿吸附As(III)和As(V)的适宜pH范围均较大,为3.0-10.0。硝酸盐,硫酸盐,磷酸盐,硅酸盐等竞争离子的存在对As(III)去除的没有显著影响,而各竞争离子对As(V)去除的影响强度的相对大小为:SiO32-PO43-NO3-SO42-。背景电解质(NaCl)的存在对人造菱铁矿去除As(III)和As(V)均无抑制作用。人造菱铁矿去除砷的过程中,形成了水合羟基Fe矿物如水铁矿和针铁矿,以上矿物与砷的共沉降及吸附作用是人造菱铁矿的主要除砷机理。