UV/TiCl4催化氧化混凝与UV/TiO2催化氧化吸附去除As(Ⅲ)的机理研究

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长期暴露在高砷污染环境下会导致人体皮肤和多个器官发生癌变,严重影响人类身体健康。在地下水中,无机态的砷主要以三价砷(As(III))和五价砷(As(V))形式存在,与As(V)相比,As(III)活性更强,而且生物毒性远大于As(V)。在还原条件下,无机砷主要以As(III)形式存在,当pH<9.2时,As(III)以不带电的中性分子存在,不易被传统的吸附、混凝及膜分离等技术有效去除。在氧化条件下,无机砷主要以As(V)形式存在,当pH=2.36.9及6.911时,As(V)均以带负电荷的阴离子形式存在,与混凝剂水解沉淀物之间发生静电吸附作用而被有效去除。UV光协同混凝剂可将As(III)氧化并吸附去除,提高了天然水中的As(III)去除效率。本文研究了钛盐混凝剂(TiCl4)与吸附剂(TiO2)在UV光协同催化氧化条件下对As(III)的去除效率,并测定分析了在不同溶液pH值条件下UV光协同TiCl4对As(III)的氧化混凝去除动力学规律及等温吸附模型。研究结果表明,单一TiCl4混凝对As(III)的去除效率在pH=5(等电点附近)时达到最大值(73%),而在UV光照条件下,TiCl4对As(III)去除效率也是在pH=5时有最大值(99%),且在pH=59时,单一TiCl4混凝与UV/TiCl4光催化氧化混凝对As(III)的去除效率均随pH值的增加而减小。在UV光照过程中,当pH=59时,溶液中的As(III)在光照后没有立刻完全转化为As(V),而是随着时间的延长逐渐转化为As(V)。且在光照反应01 min内,As(III)的氧化与去除同时进行。在UV光照过程中,TiCl4产生羟基自由基氧化溶液中As(III),且羟基自由基的浓度随着pH值的增加而增加。在pH=59时,TiCl4对As(III)和As(V)等温吸附均符合Langmuir等温吸附模型,且TiCl4在酸性条件下对As(V)的亲和力大,分子间活化能小。当pH=5,As(V)初始浓度为1000μg/L时,As(V)的最大去除效率达到99%,最大单位吸附量是99.2 ug/mg。P25 TiO2作为一种吸附剂,对As(III)的去除效率在pH=5时达到最大值(14%)。在UV光照条件下TiO2既是吸附剂同时也是氧化剂,在pH=5时对As(III)有最大去除效率(20%);而在pH=8和9时,对溶液中的As(III)几乎没有去除,去除效率均为1%。溶液中的As(III)快速转化为As(V)的过程主要发生在光照反应03 min内。溶液中As(III)的氧化速率随着pH值的增加而增加,即最快氧化速率从pH=5时光照13 min逐渐转化为pH=9时的光照01 min。在UV光照过程中TiO2产生的羟基自由基的量随着pH值的增加而增加,在pH=9时,羟基自由基的浓度是pH=5时羟基自由基量的5.8倍,在pH=9时,在短时间内TiO2能将溶液中As(III)快速转化完全。TiO2对As(III)和As(V)的等温吸附均符合Langmuir等温吸附模型,在pH=57时,TiO2对As(V)的亲和力较大,而随着pH值的增加,在pH=9时,TiO2对As(III)的亲和力较大。
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