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重金属吸附材料一直是环境科学的研究重点,其中针对典型吸附材料铁氧化物、锰氧化物的研究较多。天然含铁锰矿集合了铁氧化物、锰氧化物的特性,对重金属具有很好的去除效果,且资源广泛,具有非常好的应用前景,但目前对含铁锰矿性质及对重金属去除机理的研究较少。本文以天然含铁锰矿、合成的铁氧化物、锰氧化物及铁锰二元复合氧化物作为研究对象,采用XRD、FTIR、TG、XPS、扫描电镜等技术手段对材料进行成分分析、矿物学及表面化学表征,并研究了材料对重金属(铅、锌、镉、铬、砷)的吸附效果,分析了不同因素对含铁锰矿吸附砷的影响,再结合对吸附砷前后材料的表征,探讨了含铁锰矿吸附砷的机理。主要结论如下:1.采用XRD、FTIR分析技术发现,供试10种天然含铁锰矿均含有软锰矿、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿,其中碳酸锰矿还含有特有物质菱铁矿和菱锰矿。通过扫描电镜观察材料形貌特征发现,天然含铁锰矿以块状形式存在为主,表面较光滑,吸附砷后有小颗粒吸附在块状表面;而合成矿物颗粒较小,排列疏松,比表面积相较于天然含铁锰矿而言要大幅增加。2.采用TG分析技术发现,10种天然含铁锰矿及人工合成的铁氧化物、锰氧化物在47℃、260℃、590℃时质量减轻幅度较大,分别造成湿存水、结晶水、结构水的损失,同时物质结构遭到破坏。而人工合成的铁锰二元复合氧化物主要在300℃之前损失质量。3.采用Tessier 5步顺序提取法分析铁、锰形态发现,天然含铁锰矿中Mn主要以可氧化态、可还原态和残渣态的形式存在,含量分布分别是18%~20%、11%~21%和59%~68%;Fe主要以残渣态的形式存在,含量约占95%,但残渣态不具备氧化As的能力。因此,含铁锰矿在对砷的吸附氧化过程中,Fe主要起吸附作用,而Mn则起到氧化作用。此外,在10种天然含铁锰矿中,Ca、As含量与铁、锰各形态含量显著相关,但与Fe、Mn含量无关。4.研究供试材料对5种重金属的吸附实验发现,10种天然含铁锰矿对Pb的吸附能力最强,平均去除率为92.17%,其次为As,平均去除率为61.60%,碳酸锰矿对As的吸附能力最弱,去除率仅有15.54%,但对Zn和Cd具有较好的吸附能力,其去除率分别为66.93%、42.62%。人工合成的铁锰二元复合氧化物对Pb、Cr、As的吸附能力都很强,平均去除率依次为97.25%、99.34%、99.98%,对Zn、Cd的吸附能力却很弱,平均去除率依次为67.61%、53.85%。人工合成的铁氧化物和锰氧化物对Pb、As的吸附量很高,对Zn、Cr、Cd的吸附量随氧化物种类不同而有较大差异,表现出选择性吸附。含铁锰矿对Cr的去除率与材料比表面积及Fe含量显著正相关,与锰的氧化度显著负相关;As去除率与材料比表面积及Fe含量显著正相关。5.采用实验室批处理实验发现,含铁锰矿材料吸附砷符合Freundlich等温吸附方程。吸附动力学分析结果表明,前4h含铁锰矿与砷溶液反应迅速,至12h时反应达到平衡。6.采用XRD、FTIR、XPS对吸附砷前后的矿物材料进行分析,结果表明,在吸附过程中,Mn作为氧化剂将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ),而Mn则由Mn(Ⅳ)还原成Mn(Ⅱ),反应过程中Fe的价态并未发生变化,说明在含铁锰矿吸附As(Ⅲ)过程中Mn起到氧化还原的作用,而Fe仅参与吸附反应,促进提高含铁锰矿对As(Ⅲ)的去除。