硫化铁基材料对水中Sb(V)的去除性能研究

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印染废水是锑污染的重要来源,但是目前尚缺乏足够关注。印染废水中的锑难以被常规处理工艺去除,出水锑浓度不达标的问题亟待解决。目前,含锑废水的处理方法有混凝沉淀、电化学、膜分离、微生物和吸附法等。铁氧化物、铁锰氧化物等铁基材料对水中锑及其化合物具有良好的吸附效果,而硫化铁基材料在去除重金属污染中也表现出优越的性能。硫化改性能够促进电子转移、减缓材料钝化及团聚、增加材料比表面积,使材料拥有更多的反应接触位点,同时表面的硫元素能够与重金属结合以促进其去除。
  本文针对印染废水通过混凝沉淀、生化等常规处理后,出水锑浓度仍难以满足纺织染整行业和污水处理厂的排放标准,选用硫化铁基材料对印染废水中的锑进行深度处理。采用一步法和共沉淀法分别制备了硫化纳米零价铁(S-nZVI)和FeS两种典型硫化铁基材料,并采用SEM、EDS、TEM、XRD、XPS、BET等表征手段对反应前后的材料进行了理化性质分析。论文系统研究了S/Fe摩尔比、硫化铁基材料投加量、pH、温度、离子强度和共存离子等环境因素对水中Sb(V)去除效果的影响。实验结果表明,硫化后铁基材料的除Sb(V)性能明显提高,尤其是S-nZVI,在相同反应条件下120min后对200μgL-1Sb(V)的去除效率为nZVI的3倍以上。
  S-nZVI和FeS主要通过吸附和共沉淀等作用将Sb(V)固定在材料表面。硫化可以促进铁基材料对Sb(V)的去除,首先,FeSx会使材料形成不规则的、具有复杂形态的FeSx及FeOx表面,并增大材料的比表面积;其次,FeSx可以提高电子的转移效率,促进氧化还原反应的发生,使得部分Sb(V)被还原为更容易沉淀的Sb(OH)3或FeSbO3等;同时由于硫元素的存在,形成的无定型态铁氧化物更为稳定,不易向结晶态转变,而无定型态铁氧化物对Sb(V)的吸附效果要远高于结晶态铁氧化物;此外,锑可以与硫元素结合形成稳定的锑硫化合物而从水中去除。
  投加量为60mgL-1的S-nZVI和200mgL-1的FeS均能使200μgL-1Sb(V)的模拟废水处理后达到污水处理厂锑排放标准(50μgL-1)。在模拟印染废水和实际印染废水试验中,同样的反应条件下,S-nZVI可将废水中锑浓度处理至排放标准,体现出S-nZVI在印染废水除锑中具有较好的应用潜力。
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