近年来,工业含砷废水的过度排放引起了世界范围内严重的砷污染危机,采用科学有效的策略修复砷污染废水已经刻不容缓。吸附法和氧化法是目前治理砷污染的两种主要技术。然而,缺乏科学的认识,尤其是长时间吸附机理的认识,阻碍了我们科学有效地设计吸附剂,从而更加高效地实现砷吸附的去除;缺乏原位实时的监测手段致使我们无法及时有效地控制氧化法中氧化剂的添加量和反应程度。现有的表征分析手段大多操作复杂且环境条件要求高,无法实现原位、实时的分析监测,从而造成药剂的浪费和处理周期的延长。而电化学技术具有操作简单、灵敏度高、环境适用性强、便携等优点,这无疑为实现长时间吸附机制的原位、实时分析和氧化反应进行程度的实时监测提供了新思路。同时,原位红外光谱技术具有分析速度快、分辨率高、灵敏度高、应用范围广等优点,这为实现实时原位在线分析监测提供了可能。本论文的研究工作旨在于利用电化学探究长效吸附和氧化除砷过程的电化学信号变化,并结合原位红外光谱技术对电化学信号变化的内在机制进行分析,为电化学结合原位红外技术在环境领域的应用奠定理论基础。论文的主要研究内容如下:1.我们以As(Ⅴ)(H2AsO4-)在赤铁矿上的吸附过程为研究对象,通过电化学手段跟踪分析了 As(V)吸附至赤铁矿过程中的开路电位(OCP)变化,实验结果显示开路电位呈现阶段式变化,即0-1 h开路电位上升,1-6 h开路电位下降,且下降至初始平衡电位之下。随后,我们通过原位衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)手段原位检测吸附过程中赤铁矿表面的红外信号,发现吸附前期和吸附后期的红外信号有着明显差异,这说明赤铁矿表面砷的吸附模式并非保持不变。实验结果表明,砷最初以内球配位和外球配位的混合模式吸附在赤铁矿表面,但随着吸附时间延长,砷的吸附模式最终转变为主导的内球配位,吸附模式转变对应的时间坐标与之前观察到的电化学信号演变过程一致,说明砷吸附模式的转变是导致开路电位阶段式变化的内在原因。随后,我们将X射线光电子能谱(XPS)和固体红外(FTIR)分析方法相结合,发现后期电位下降至平衡电位以下的实质是外球配位向内球配位转化的同时促进了赤铁矿表面对溶液中游离OH-的重新吸附。本章通过电化学结合原位红外技术阐明了 As(V)在赤铁矿上长效吸附过程的内在转化机制,为我们更好的理解As(V)的吸附去除机制和科学设计吸附材料提供了理论基础。2.我们以实验室模拟的受亚砷污染的水溶液与双氧水的反应为研究对象,通过电化学手段跟踪分析了双氧水氧化As(Ⅲ)的过程中开路电位的变化,发现开路电位方向上的转变可用来判定实时的修复状态和反应发生程度。在氧化还原反应未完成时,双氧水可一直氧化三价砷,开路电位的方向表现为电位下降,而一旦氧化还原反应进行完全,电位方向则表现为上升。随后,我们利用ATR-FTIR原位实时检测了双氧水氧化As(Ⅲ)过程中的红外信号,结果显示,当三价砷转化为五价砷的过程基本完成时,对应电位方向会发生改变,即电位方向由上升转为开始下降,这启示我们开路电位方向上的转变可用来判定实时的修复状态和反应过程。本章通过电化学技术实现了受亚砷污染水溶液与氧化剂间反应过程的实时监测,并通过原位红外光谱技术对其中的化学变化进行了分析,该技术为目前氧化法去除水中砷污染实时分析检测技术上存在的不足提供了新的方向。