水体中砷的生态风险分析及MPB除As(Ⅴ)性能研究

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随着工业的发展,许多水体都受到了不同程度的重金属污染。砷(As)作为常见的污染物,是一种毒性很高的原生质毒物,具有广泛的生物效应,生态风险或危害不言而喻。本研究利用物种敏感性分布法和人体健康风险分析法对阳宗海水体中As的生态风险进行分析,将普鲁士蓝的多孔、结构可控与磁性材料易分离的特点相结合,利用原位复制和控制刻蚀法合成磁性普鲁士蓝(Fe3O4@PB)和磁性普鲁士蓝类似物(NiFe2O4@PB(A)),表征两种材料的形貌、结构及性质,并将它们用于水体中的As(Ⅴ)的去除。吸附实验设置不同接触时间、吸附剂投加量、溶液pH、初始浓度以及共存离子,考察五个因素对吸附效能的影响,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和Zeta电位等手段对去除机理进行了探究,对阳宗海水体As污染后浮游植物群落的变化及材料的环境友好性进行了讨论。具体研究结果如下:(1)阳宗海的As含量水平在2007-2018年间以来呈现先升后降的趋势;物种敏感性分布法评价结果显示,阳宗海的As含量仍然对生物存在一定的危害;人群健康风险评估结果显示,2008-2018年均超过国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平(5×10-5/a);(2)X射线衍射(XRD)、FTIR图像证明了普鲁士蓝(Prussian blue,PB)或普鲁士蓝类似物(Prussian blue analogues,PBA)的形成,扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)图像显示Fe3O4@PB接近核壳结构,比表面积(BET)结果显示两种材料含有介孔,证明了利用Fe3O4和NiFe2O4控制刻蚀合成Fe3O4@PB和NiFe2O4@PB(A)的可行性;Fe3O4@PB和NiFe2O4@PB(A)在完成吸附前后均能够响应磁场,实现固液分离;Fe3O4@PB和NiFe2O4@PB(A)的表面电荷受溶液pH控制,材料对污染物的吸附效能与溶液pH密切相关;纳米材料对环境的影响与多种因素有关,普鲁士蓝材料对生物体的健康无不良影响;(3)Fe3O4@PB和NiFe2O4@PB(A)对低浓度As(Ⅴ)的吸附,均表现出较高的吸附效率,有明显的吸附剂效应,NiFe2O4@PB(A)对低浓度As(Ⅴ)的吸附对pH有较高的适应性,吸附pH选择为6,在25℃条件下吸附效率为99.8%。NiFe2O4@PB(A)对As(Ⅴ)的吸附受共存离子H2PO4-的影响,影响程度与H2PO4-的浓度有关。通过FTIR和Zeta电位分析表明,NiFe2O4@PB(A)对As(Ⅴ)的吸附归因于表面丰富的官能团。
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