亚铁活化过硫酸盐氧化吸附水中砷的效能研究

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砷作为一种剧毒元素,近几年来由于工业发展及矿石开采,致使工业矿业废水及地下水受砷污染严重。我国是受砷污染最重的国家之一,尤其是我国北方区域以地下水为主要水源。砷在自然界主要以As(Ⅲ)和As(V)形式存在,其中As(Ⅲ)具有更高的毒性及迁移性,因此危害更大。由于As(V)在金属氧化物如水合铁氧化物HFO表面有更强的吸附活性,因此砷去除工艺往往伴随着预氧化过程。目前已有关于Fenton、UV/H2O2等体系氧化As(Ⅲ)的研究,一些学者也做了PDS光催化、声催化氧化As(Ⅲ)的报道,但利用过渡金属活化PDS氧化砷的研究还较少。本论文利用钼蓝比色法测量生成的As(V)浓度,以分析体系对As(Ⅲ)的氧化特性;同时利用ICP-MS仪器测量膜后砷浓度,以分析体系中原位铁的水合氧化物对砷的吸附作用。PDS对As(Ⅲ)几乎没有氧化作用,Fe2+的加入能够催化砷的氧化;酸性条件有利于砷的氧化速率和产率。一定范围内提高PDS和Fe2+投量能加快氧化速率,但过高的亚铁投量会对氧化产率造成抑制作用,尤其是中性条件下。同时吸附实验表明:pH5和pH6条件下体系的吸附效果最佳,对于10μM目标物As(Ⅲ),在30μM PDS和Fe2+投量下80min时砷去除率能分别达到98%和85%;Fe(Ⅲ)主要以溶解态存在、Fe(Ⅲ)与目标物间的静电作用弱是强酸性和中性条件下吸附不佳的原因。PMS对As(Ⅲ)有单独氧化作用,酸性时氧化速率慢,pH的升高有利于As(V)的生成。动力学实验表明在pH3和pH5时反应符合二级反应动力学,且反应速率常数分别为4.89、13.65 M-1 s-1。Fe2+的加入能迅速加快反应速率,使得反应在1min内达到完全;但亚铁的存在会与目标物竞争自由基和PMS,因此高Fe2+投量下观察到产率的抑制现象。与PDS体系类似,pH5时体系对砷的吸附效果最好,但由于Fe2+的氧化抑制作用,高Fe2+投量下的吸附效果反而不理想。利用甲醇和叔丁醇作为自由基捕获剂,考虑其对氧化的抑制效果。SO4·-是体系中的主要氧化物种,Fe(Ⅱ)/PDS体系中还存在一定比例的·OH氧化路径;对于Fe(Ⅱ)/PMS体系,仅在pH3观察到了叔丁醇的抑制作用,此外碱性pH9时甲醇几乎没有抑制作用,说明氧化全部以非自由基形式完成。
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