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砷(As)和锑(Sb)属于同族变价(+3和+5)金属元素,均为优先控制污染物。常以分子形态存在的三价砷和锑,不仅毒性高于其五价形态,且更难被有效去除。此外,在锑矿、金矿、铜矿等矿区的水体和土壤中,存在砷锑共同污染的现象。因此,砷锑共存条件下砷锑去除行为的共性和差异,以及砷锑之间的竞争行为值得关注。铁、锰是地壳中含量最为丰富的两种变价过渡金属元素,铁、锰氧化物对砷、锑的地球化学循环起着重要的作用。基于此,论文探究了不同价态砷锑以及砷锑共存条件下,砷锑在铁、锰氧化物表面的转化及其固定机制,揭示了分别和同步去除砷、锑过程的一般规律,为砷锑污染控制提供借鉴。(1)分别针对高毒性的Sb(III)和高价态的Sb(V),将环境友好、廉价的锰氧化物,负载于三维碳海绵上,开发了氧化-吸附同步除锑的纳米四氧化三锰-碳海绵复合材料,对比研究了Sb(III)和Sb(V)的去除行为,实现了Sb(III)和Sb(V)的一步去除。研究结果表明:纳米四氧化三锰成功负载在碳海绵骨架上,尺寸在60-120 nm之间,降低了纳米四氧化三锰颗粒的团聚,并利于分离回收;该复合材料对Sb(III)和Sb(V)的最大吸附容量分别为67.6和57.8 mg/g;其对Sb(III)的去除过程,不仅有吸附作用,还发生了氧化还原反应;明确了Sb(III)在四氧化三锰表面上的氧化-吸附机制,实现了高毒性Sb(III)向低毒性的Sb(V)的转化,同时利用四氧化三锰高效吸附Sb(V)。研究为废水中变价金属的价态调控、毒性转化及去除行为提供借鉴。(2)分别针对高浓度As(V)和Sb(V),以环境友好、廉价的铁氧化物为基础,通过硫改性调控铁氧化物的结构组成和表面特性,开发出高效去除As(V)和Sb(V)的硫改性针铁矿材料,对比研究了As(V)和Sb(V)在硫改性针铁矿上的吸附行为。研究结果表明:硫改性使得针铁矿部分转化为铁硫化合物,同时材料表面的带电性趋向于带正电;硫改性针铁矿吸附As(V)和Sb(V)吸附的共性,主要表现为通过硫改性均能提高针铁矿对As(V)和Sb(V)的吸附容量和吸附亲和力,As(V)和Sb(V)的吸附过程均受固-液界面上的化学反应过程控制,p H和PO43-对As(V)和Sb(V)的去除过程具有较大的影响;差异表现为硫改性针铁矿对Sb(V)的吸附效果优于As(V),其对Sb(V)的最大吸附容量是As(V)的3.5倍,硫改性针铁矿能将As(V)部分还原为As(III),而吸附后固体表面Sb(V)的价态没有发生变化,但是内部的Sb(V)被部分还原成Sb(III),明确了As(V)和Sb(V)在硫改性针铁矿上的吸附-还原的强化去除机制。研究为废水中高价态砷锑强化去除行为提供借鉴。(3)分别针对废水中的As(V)、Sb(III)和Sb(V),开发了兼具锰氧化物氧化性能以及铁氧化物吸附性能的铁锰双金属氧化物材料,并通过颗粒化的方法,制备颗粒状铁锰双金属氧化物-CMC(羧甲基纤维素)球,实现了废水中As(V)、Sb(III)和Sb(V)的去除。研究结果表明:干态的铁锰双金属-CMC球的粒径分布在1.50-2.40 mm之间,平均粒径为1.94 mm;铁锰双金属-CMC球可以快速有效去除水中As(V)、Sb(III)和Sb(V),其对As(V)、Sb(III)和Sb(V)的最大吸附容量分别为48.3、51.5和81.9 mg/g;共存阴离子Cl-、NO3-和SO42-对As(V)、Sb(V)和Sb(III)的去除没有显著影响,而HCO3-、Si O32-和H2PO4-对As(V)、Sb(V)和Sb(III)的去除表现出明显的抑制作用;铁锰双金属-CMC球吸附As(V)、Sb(V)和Sb(III)过程中,As(V)和Sb(V)被还原为As(III)和Sb(III),而Sb(III)被部分氧化为Sb(V)。(4)针对水体中砷锑共存污染问题,研究了砷和锑在铁锰双金属氧化物表面的竞争吸附行为与机制。研究结果表明:As(V)和Sb(V)共存条件下,铁锰双金属对Sb(V)的吸附效果由单一体系的147.1 mg/g降低至125.0 mg/g,而As(V)在单一和共存体系下的最大吸附容量分别为95.24和100.0 mg/g;As(V)对Sb(V)在铁锰双金属表面上的吸附,表现出明显的抑制作用,而Sb(V)对As(V)在铁锰双金属表面上的吸附几乎没影响;As(V)或Sb(V)引入顺序,对共存体系下已经吸附的Sb(V)或As(V)的影响较小,先吸附的Sb(V)或As(V)均可以在铁锰双金属表面形成稳定的内层络合物,而后引入的As(V)或Sb(V)很难将先吸附的Sb(V)或As(V)从所占据的吸附位点上置换下来。研究为废水中砷锑共存污染控制提供借鉴。(5)针对砷锑复合污染的土壤,以铁锰双金属氧化物为修复剂,探究其对土壤中砷锑的修复行为,对比研究了铁锰双金属氧化物对土壤中砷锑的固定行为的共性和差异。研究结果表明:铁锰双金属的加入,对土壤的p H、电导率、阳离子交换容量以及有机质的影响较小,同时能有效提高土壤酶活性,改善土壤微生物的生存环境;砷锑固定行为的共性,表现为铁锰双金属氧化物均能有效降低土壤中砷和锑的TCLP浸出浓度、有效态含量和生物可利用性,促进土壤中不稳定形态的砷和锑向更加稳定的形态转化,降低了土壤中砷和锑的迁移性,提高了土壤抗击外界p H变化所导致的砷和锑的浸出风险,降低了砷和锑在狗尾草地上部分和地下部分的富集系数(BAF);砷锑固定行为的差异,表现为铁锰双金属氧化物对砷的修复效果优于锑,Si O32-、HPO42-和HCO3-对修复后土壤中砷的稳定性有较大的影响,而锑不受这三种离子的干扰。研究表明,铁锰双金属氧化物在砷锑复合污染土壤的修复中具有较大的应用前景。研究结果为砷、锑在铁、锰氧化物表面的价态转化及竞争去除行为提供理论依据,为实际砷、锑污染修复提供借鉴和技术支撑。