纳米FeS对水体钼酸盐的去除及土壤钼污染修复研究

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钼(Mo)是人类与动植物必需的微量元素,也是广泛应用于工业生产领域的一种重金属。然而,部分地区钼矿的粗放式开采,对周边水体及土壤环境造成了严重的钼污染。硫化亚铁(FeS)是自然界广泛存在的一种还原剂,主要存在于河湖沉积物中。研究表明FeS具有还原重金属的潜在活性,对厌氧环境中重金属的迁移转化有重要影响。然而迄今为止,国内外关于纳米FeS去除水体钼酸盐及修复土壤钼污染的研究却鲜有报道。本研究人工合成纳米FeS,通过一系列表征手段(TEM、XRD、XPS等)揭示了FeS反应前后的表面特性及其去除机理;重点研究了FeS对水体钼酸盐去除的动力学过程、影响因素,以及FeS对土壤中钼的稳定作用及其稳定前后钼形态的变化规律。结果表明:1、钼的去除率随初始p H降低逐步提高,这主要与不同p H下FeS表面形貌及钼的形态变化有关。初始p H、初始钼浓度及FeS投加量影响下钼的去除过程均符合拟一级反应动力学模型,且反应在4 h达到平衡。XPS分析得出在p H=4条件下,Mo(VI)被FeS还原为Mo(IV-V);2、PO43-明显抑制了FeS对钼酸盐的去除;水体溶解氧(DO)会显著影响FeS对钼酸盐的去除效果,在空气条件下FeS对钼酸盐的去除率降低了10%;FeS活性随老化时间增长而逐渐降低,老化120 d的FeS对钼酸盐的去除率降低了20%。解吸实验得出钼反应后FeS的解吸率均低于1.5%,表明FeS对钼去除的稳定程度较高,不易对环境造成二次污染;3、FeS可显著降低土壤中钼的浸出量,当FeS与钼摩尔比为50:1时,水相中的钼浓度仅为2.20 mg/L(未加FeS时浸出量为117.60 mg/L)。FeS可以提高土壤中钼难溶态的比例。有机酸和无机阴离子的掺杂会影响FeS对土壤中钼的稳定作用。FeS处理前,与原土相比,腐殖酸和水杨酸使土壤中易溶态钼含量升高,而SO42-和H2PO4-则促使土壤中易溶态钼向难溶态钼转化;FeS处理后,与FeS处理原土相比,腐殖酸、水杨酸及H2PO4-促使土壤中难溶态钼含量降低;而SO42-对FeS稳定土壤中钼的影响作用与其浓度有关,当SO42-与钼摩尔比为0:1~0.5:1时为促进作用,而当SO42-与钼摩尔比升至5:1~10:1时则转为抑制作用。本论文的研究表明了FeS可作为一种去除厌氧水体钼酸盐及修复土壤钼污染的环境友好材料。本研究不仅有助于全面了解Mo O42-在还原环境中的迁移转化过程,同时也为含有FeS的水体/土壤/沉积物环境中钼污染的风险评估和治理修复提供重要的参考依据。
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