论文摘要
砷作为毒性较大的环境污染物,特别是饮用水中砷含量超标已成为世界性的问题。长期砷暴露将对人们的身体健康造成重大危害。高效吸附材料的开发有赖于对吸附过程及吸附机制的深刻理解。关于砷酸盐等阴离子在天然矿物、沉积物和土壤等界面上的吸附行为研究是国际上的一个研究热点。在前人开发的性能良好的吸附剂基础上,开展了水中三价砷和五价砷吸附过程的研究。考察了pH值、温度、共存离子、离子强度、紫外光照等因素对吸附过程的影响。实验结果表明:材料可在短时间内有效地去除砷,吸附动力学曲线符合拟二阶方程表明吸附过程存在化学吸附。三价砷和五价砷的吸附等温线对Langmuir和Freundlich模型都有良好的相关性。三价砷在pH值为7-8时吸附效果最佳;五价砷在pH值为3时吸附效果最好。随温度升高,三价砷吸附效果变差,△H<0,△S<0,△G <0说明吸附过程是自发的放热过程;五价砷在25-35℃时,随温度升高,脱除率下降,吸附反应为自发的放热过程,在45-65℃则相反,吸附反应为自发的吸热过程。溶液中存在PO43-时,五价砷的脱除率明显下降;共存离子对三价砷的吸附影响不大。离子强度在0.02-0.1mol/L范围内变化时,材料对三价砷和五价砷的脱除率变化不大,这说明有内层络合物的形成。紫外光照对三价砷的吸附有良好的促进效果;对五价砷则没有影响。运用IR、XRD、EPR、XPS等现代表征手段分析了吸附砷前后材料内部微观结构的变化,从微观角度对吸附机理进行探讨。XRD谱图分析得到吸附后层间距减小,层与层的有序度减弱,在层间砷主要是和柱撑在层间的活性羟基发生反应破坏原有的柱撑效果。XPS及IR图谱分析得到吸附不仅发生在层间,在材料表面同样发生。表面的吸附是通过材料表面的羟基与砷配位结合实现的。EPR结果表明砷的引入增加了八面体片中Fe3+类质同象置换量,说明砷以某种形式进入蒙脱土层间和蒙脱土八面体片层。