地下水中砷污染一直是全球性的环境问题,严重威胁以地下水作为生产、生活水源地区人们的生命健康,因此需开发简单、经济的方法处理砷污染地下水。地下水中砷去除方法包括异位处理和原位处理,其核心在于开发高效、低成本的固砷材料。铝酸三钙（Katoite）是快硬水泥C3A（3CaO·Al2O3）水化产物,对重金属离子具有优异的固化效果。而零价铁吸附固砷性能良好,被广泛研究应用于原位去除地下水中的砷处理。本论文通过机械力化学一步干磨制备Katoite及其与零价铁的复合材料（Katoite-Fe复合材料）,探究其对地下水中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的去除性能,并探讨其去除机理,为地下水中砷的去除提供理论基础。首先,Ca（OH）2和Al（OH）3共同球磨制备Katoite用于地下水中砷的异位处理,XRD、FT-IR和SEM等表征显示成功合成了Katoite。吸附动力学和等温吸附研究表明,Katoite对As（Ⅲ）的最大吸附容量为455.86 mg/L,As（Ⅴ）为347.51mg/L;Freundlich模型能够更好的模拟As（Ⅲ）的吸附行为（R~2:0.96＞0.92）,而As（Ⅴ）的吸附行为更符合Langmuir模型（R~2:0.96＞0.79）。砷的去除机理为:低浓度时,As（Ⅲ）、As（Ⅴ）进入Katoite层状空间,在溶液中形成亚砷酸根离子和砷酸根离子插层的Ca-Al LDH,通过插层机制将砷固定去除;高浓度时,Katoite中的Ca2+发挥主要作用生成砷酸钙以及亚砷酸钙,使得砷得到去除。共存阴离子对Katoite吸附固定砷有一定负面影响,顺序为SO42-＞Cl-＞NO3-。其次,采用机械力化学制备Katoite和零价铁的复合材料,用于地下水中砷的原位处理。Ca（OH）2,Al（OH）3和还原铁粉共同球磨制备Katoite-Fe复合材料,通过静态吸附试验优化其合成工艺参数,As（Ⅲ）的最优Fe粉比例为50%（Katoite-50%Fe复合材料）,As（Ⅴ）则是1%（Katoite-1%Fe复合材料）,两者球磨转速均为450 rpm。Katoite-50%Fe复合材料对As（Ⅲ）的去除主要通过形成Ca-Al LDH和亚砷酸钙,铁氢氧化物的存在加强As（Ⅲ）的去除。Katoite-1%Fe复合材料对As（Ⅴ）的去除机制分为低浓度与高浓度两段,低浓度时形成砷酸根插层的Ca-Al LDH,高浓度时通过Ca元素固定As（Ⅴ）,生成砷酸钙从而得到去除。通过动态柱吸附模拟原位处理,探索不同吸附剂质量、不同柱高、不同初始浓度和不同流速下对砷的吸附性能,Thomas模型和Yoon-Nelson模型均能较好的模拟Katoite-Fe复合材料对砷的吸附行为。结果表明,材料对砷的吸附容量为（As（Ⅲ）:8327.91mg/L;As（Ⅴ）:7725.2 mg/L）;50%穿透时间为（As（Ⅲ）:277.6 min;As（Ⅴ）:386.3min）。上述研究证明,Katoite和Katoite-Fe复合材料具有优异的五价砷和三价砷去除性能,单次吸附后实际地下水中的残余砷浓度低于世界卫生组织的饮用水标准（＜10 ppb）。根据合成条件及参数进行Katoite和Katoite-Fe复合材料大规模生产的可行性以及经济成本分析,Katoite的异位处理砷污染水成本为1.17 usd/m~3,Katoite-Fe复合材料原位处理砷污染地下水成本为0.22～0.33 usd/m~3,与其他处理技术（0.3～20 usd/m~3）相比具有一定的成本优势,可用于实际砷污染地下水的修复。