【摘 要】
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砷作为地壳中广泛存在,且对人体具有潜在威胁的剧毒型类金属元素。在经过生产生活等一系列途径进入自然环境后,对水体和土壤造成污染并通过食物链富集,最终对人体产生一系列不可逆的危害。因此,研究对砷污染的有效修复处理技术和防范措施就显得尤为重要。本文通过等温吸附曲线和吸附动力学实验,研究锰矿石对溶液中As(V)和As(III)的吸附去除情况和机理。基于上述结果,探讨锰矿石-砷黄铁矿体系中,通过改变锰矿石和
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砷作为地壳中广泛存在,且对人体具有潜在威胁的剧毒型类金属元素。在经过生产生活等一系列途径进入自然环境后,对水体和土壤造成污染并通过食物链富集,最终对人体产生一系列不可逆的危害。因此,研究对砷污染的有效修复处理技术和防范措施就显得尤为重要。本文通过等温吸附曲线和吸附动力学实验,研究锰矿石对溶液中As(V)和As(III)的吸附去除情况和机理。基于上述结果,探讨锰矿石-砷黄铁矿体系中,通过改变锰矿石和砷黄铁矿质量比,以及温度、外加铁源等影响因子对砷黄铁矿中砷的吸附迁移行为以及释放情况的影响,以期为原位处理砷污染提供理论依据和新的去除材料。主要成果如下:1、锰矿石和砷黄铁矿供试样品的物化性质表征。(1)XRD结果表明,水羟锰矿石、锰钾矿、石英、高岭石和黏土矿物是锰矿石样品中的主要矿物;砷黄铁矿样品中主要衍射峰与纯毒砂的特征峰吻合度极高,表明砷黄铁矿样品的纯度较高。XRF结果显示,锰矿石样品的主要元素包括Mn、Al、Si和Fe等;砷黄铁矿样品的主要元素包括As、Fe和S等。(2)XPS结果表明,在锰矿石样品表面Mn的主要存在形式为Mn4+和Mn2+,Fe元素的主要形式为Fe3+和Fe2+;砷黄铁矿表面As元素的主要存在形式As5+和As3+,Fe元素的主要存在形式是Fe3+和Fe2+,而S元素的主要形式为S2-、(AsS)2-和Sn2-。2、锰矿石样品吸附去除能力。(1)通过批实验和柱实验,研究供试锰矿石对含砷溶液中砷的吸附和迁移行为。温度试验表明温度对锰矿石吸附性能的影响不明显,但pH对五价砷的吸附影响大于三价砷;锰矿石对As(V)和As(III)的吸附虽有差异,但均符合Langmuir模型,最大吸附量分别为1.32和0.30 mg/g;吸附动力学符合拟二阶动力学,速率常数K2[As(Ⅴ)]>K2[As(Ⅲ)],表明As(V)被吸附的速率更快;而锰矿石对As(V)和As(III)的去除差异表明了体系中锰矿石对As(III)的氧化吸附过程。(2)柱实验中,流速对锰矿石滞留As(V)的影响大于As(III);流速相同时,锰矿石对As(Ⅴ)的吸附量为As(Ⅲ)的2倍;阳离子对锰矿石的吸附均产生了拮抗作用,其中Al3+对As(III)吸附的影响较大,吸附量降低约11倍;阴离子实验中,PO42-和SiO32-对As(Ⅲ)吸附的拮抗作用均大于As(V),PO42-使As(III)的吸附量降低约7倍,SiO42-约6倍。(3)XPS发现As(III)-锰矿石体系样品表面存在As(Ⅲ)的特征峰,同时FTIR发现As(III)-锰矿石体系样品表面存在As(III)弱峰,说明锰矿石不仅有利用自身的氧化特性将As(III)氧化后再吸附的作用,还有直接吸附的作用,可作为低成本吸附剂。(4)锰矿石使得砷黄铁矿溶液的pH上升、Eh下降并保持稳定;锰矿石在锰矿石-砷黄铁矿体系中发挥了吸附和氧化作用,表现在直接吸附砷和参与砷黄铁矿溶解的Fe2+和S的氧化,从而促进了Fe(OH)3以及FeAsO4的形成,加快了对砷的吸附。
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