论文选用湖南地区常见的白垩系红层砂岩作为吸附材料,对五价砷离子进行吸附实验研究。通过研究红层砂岩样品的理化性质,结合砷在红层砂岩中的存在形态,发现天然红层砂岩对砷有一定的吸附潜力,用吸附实验系统的分析了红层砂岩样品对五价砷的吸附机理。研究结果将促进处理地下水砷污染的天然材料开发工作,丰富水体砷污染处理的理论和技术。为地下水砷污染的处理工作提供参考,具有极强的现实意义。论文主要研究了红层砂岩样品的矿物成分、化学成分、比表面积、零点电荷、有机质等理化性质,红层砂岩样品对五价砷的吸附解吸特征;砂岩粒径、溶液五价砷初始浓度、pH值、温度、反应时间等因素对吸附反应的影响;砷在红层样品中的赋存形态;砂岩吸附砷反应的动力学特征;吸附热力学特征。主要研究结果如下:(1)红层砂岩理化性质分析结果表明:红层砂岩主要矿物有石英、方解石、云母、绿泥石、长石、赤铁矿、蒙脱石等。砂岩样品中的铝氧化物、铁氧化物、锰氧化物等金属氧化物含量达到25.3%。砂岩样品中的有机质含量较低为2.4 g/kg。岩石零点电荷值为 7.6。(2)影响吸附反应的单因素实验结果表明:随着初始浓度的增大,岩石对砷的吸附率逐渐变小;吸附率随着粒径的变小而增大;在本次实验设置的温度区间内温度升高会促进砂岩的砷吸附率;溶液环境pH低于岩石pHPZC时的砷吸附效果更好,pH增高后吸附效果变差;随着反应时间的延长,岩石对砷的吸附速率不断下降,且下降速度越来越慢。(3)动力学模型对实验数据模拟结果表明:二级动力学方程的拟合效果最好,二级动力学方程所体现出来的吸附速率变化规律与实验过程相似度较高。这说明红层砂岩对砷的吸附反应以化学吸附为主,根据吸附速率的变化可将吸附过程分为三个阶段,吸附过程中存在两个或两个以上的速率影响因素。(4)恒温吸附实验结果表明:岩石对砷的吸附反应过程中伴随着热量的吸收。经比较,Langmuir模型对等温吸附过程拟合效果较好,吸附反应为化学吸附为主的物理化学混合吸附过程。经热力学分析计算,该吸附反应在实验设置温度下能自发进行且为吸热反应,本次吸附反应中存在物理吸附反应。说明岩石吸附砷的过程中还伴随着砷的解吸,或是砷酸根进入吸附点位时替换出之前吸附在岩石中的离子,再或者是由于吸附水分子的置换所引起的熵的增大,从而使本次吸附反应中的熵变存在正负相抵的结果。(5)通过五步提取法得出砷被红层砂岩吸附后各种存在形态的量的大小顺序为:残渣态>铁锰氧化物结合态>有机结合态>可交换态>碳酸盐结合态。其中残渣态与铁锰氧化物结合态共占总量的63.5%,由此可见红层砂岩中的矿物质与铁锰氧化物在吸附砷离子时起着主导作用。