过氧化氢—二氧化锰体系去除水体中三价砷的效能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zfh115101
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在二十一世纪,砷水体污染问题已经逐渐进入到人们的视野当中,三价无机砷作为自然水体中主要的砷物种,其在地表水以及地下水中的去除方式一直受到广泛研究。本文针对亚砷酸钠溶液,初步研究了二氧化锰-过氧化氢体系对三价砷的去除作用。在本文中,参考使用了现有文献的方法合成了三种二氧化锰,通过XRD与SEM分析,对其物化性质进行确定,可知合成的固体材料其形貌与晶型均有明显差别,分别制备出了晶型为δ-MnO2、β-MnO2与α-MnO2的二氧化锰;通过FTIR、RAM等分析,对其物化性质进行确定,均为介孔材料,孔径分别为3.412nm、3.207 nm与3.406 nm,具有较大比表面积,分别为288.487 m2/g、121.487m2/g与324.354 m2/g,表面带有活性自由基团。文章考察了各种因素对反应的影响情况,包括pH、时间、温度、材料浓度及水体中常见离子浓度。几种二氧化锰均具有较高的饱和吸附量:δ-MnO2:37.07mg/g;β-MnO2:15.11 mg/g;α-MnO2:24.1mg/g。反应可在40min左右达到平衡,1h内基本反应完全。体系pH值在6-8区间内,体系除砷效过最好,过酸或过碱均会抑制砷的去除。在15℃-45℃内,砷吸附容量几乎无明显波动。高浓度的HCO32-、Cl-、Si O32-及HPO42-明显抑制对As(Ⅲ)的去除率,高浓度的Ca2+、Mg2+轻微抑制对As(Ⅲ)的去除,低浓度的Fe3+对于砷的吸附有一定程度的促进效果,当Fe3+浓度较高时会对砷的吸附有产生抑制,低浓度腐殖酸即对砷的吸附产生抑制效果。通过对数据模型的拟合,得出结论:δ-MnO2-H2O2与α-MnO2-H2O2吸附等温线可以与Freundlich模型更好的拟合,主要表现为多分子层吸附形式;β-MnO2-H2O2可以与Langmuir模型更好的拟合,主要表现为单分子层吸附形式。H2O2-MnO2体系吸附砷过程放出热量,是一个熵增反应,并且判断为可自发进行。体系中检测到羟基自由基与超氧自由基的存在,并通过反应前后二氧化锰固体表面自由基含量变化证实羟基为主要功能基团。过氧化氢可以将三价砷氧化为较高价态,二氧化锰材料对砷同时具有氧化及吸附性能。H2O2-MnO2体系对三价砷的去除包括对As(Ⅲ)的氧化,以及对As(Ⅲ)及As(V)的吸附过程。H2O2-MnO2体系对于实际水体,如地下水、松花江水、自来水中的痕量砷污染都有较好的去除效率,效果可达到WTO提出的饮用水标准10 ug/L以下;但处理二沉池出水时,其中有机物浓度过高导致效果不理想。H2O2-MnO2体系除砷过程与化学自驱动方式的微米马达相似,不需要外加机械搅拌力,具有节能优势,过程绿色环保无有害副产物产生,对砷有较高吸附容量,应用前景良好。
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