H2O2/HCl预腐蚀零价铁体系高效去除水中Se(Ⅵ)特性与机理

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硒是生命活动所必需的微量元素,但过量硒对动植物生长和人体健康有负面影响。水是人类和动植物摄入硒的重要来源,故世界各国对排放废水中硒浓度设定了严格的标准。矿石采选、冶炼等废水中常含有高浓度的硒酸盐[Se(Ⅵ)],同时含有硫酸根等多种高浓度的共存离子,排放前需经深度处理以达到严格的标准限值。Se(Ⅵ)在多价金属氧化物表面主要形成外层配位,作用力较弱,受共存离子的抑制影响较大,不易通过吸附或离子交换等方法去除,处理难度大。化学还原除Se(Ⅵ)被认为是一种有效的策略,其中零价铁作为廉价易得、环境友好的材料被广泛用于水污染治理,但零价铁表面钝化问题严重限制了其规模化应用,如何廉价、持续的活化零价铁成为发展高效的零价铁除Se(Ⅵ)技术亟待克服的瓶颈。为了解决这一问题,本研究提出了一种通过H2O2和HC1溶液预腐蚀ZⅥ(pcZⅥ)的方法有效地促进了 Se(Ⅵ)的去除。预制备得到的pcZⅥ悬浊液呈弱酸性(pH为4.56)且含有丰富的游离态Fe2+。57Fe穆斯堡尔谱学研究显示:pcZⅥ固相产物主要包含Fe0(66.2%)、水合氧化铁(26.3%)和Fe304(7.5%)。在硫酸盐共存体系下,pcZⅥ相比于当量的ZⅥ、H2O2+ZⅥ、HCl或H2O2单独预处理ZⅥ体系具有明显更高的除Se(Ⅵ)性能。此外,pcZⅥ悬浊液具有强大的缓冲能力,因此pcZⅥ除Se(Ⅵ)体系的pH适用范围广,在3到9范围内都可以达到对Se(Ⅵ)的高效去除。溶解氧在2.5到6.1 mg/L范围对pcZⅥ除Se(Ⅵ)体系无明显影响,故该过程无需进行无氧保护。水中共存的氯离子、碳酸根、硝酸根和常见的阳离子(Na+、K+、Ca2+和Mg2+)对pcZVI除Se(Ⅵ)无显著影响,而硅酸根和磷酸根共存显著抑制Se(Ⅵ)的去除,这也表明了 Se(Ⅵ)的吸附作用是其还原去除的重要前提。X射线近边精细结构(XANES)揭示了 Se(Ⅵ)是被分步还原去除的,pcZVI首先将Se(Ⅵ)还原为Se(Ⅳ),然后再还原为主要最终产物Se0(78.2%)。另外,pcZVI体系中HFO强化预吸附Se(Ⅵ)作用是实现其有效还原Se(Ⅵ)以及提高零价铁电子选择性的主要原因,体系中游离态Fe2+的持续利用是Se(Ⅵ)去除的重要推动力,Se(Ⅵ)的还原主要由具有较强还原活性的表面结合态Fe(Ⅱ)介导。本研究对发展强化零价铁净水技术以及复杂废水体系下硒酸盐的高效去除方法提供了参考。
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