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地下水中砷污染已经受到了许多国家的广泛关注,尤其是发展中国家。砷对人体的毒害从皮肤病变到致使大脑、肺、肾、胃等的癌变,严重危害人体生理系统的功能。因此,我国继WHO、欧盟和美国等将饮用水砷浓度限制调整为10μg/L后,也制定了新的规范。新规范的提出进一步促进了饮用水除砷技术研究的深入。对于地下水而言,砷浓度相对低,地下水质SS及浊度变化低,采用吸附技术是最为经济有效的方法之一。而吸附剂是吸附技术的核心所在,在原有商业化吸附材料的基础上不断开发新型高效吸附材料是当前的研究热点。本研究旨在结合铁、钛两种金属氧化物的特点,开发高效、廉价并且易于分离的新型铁钛复合氧化物作为饮用水除砷吸附剂。 1.采用还原-共沉淀法制备了无定型纳米复合铁钛氧化物(纳米FFT)吸附剂,并研究其对水中低浓度As(Ⅴ)的去除性能。通过XRD表征,得出纳米FFT为无定型态;经BET热分析得出:纳米FFT的BET表面积为325.3 m2/g,以及2.46 nm(4V/A)的BJH吸附平均孔径,且颗粒分布均匀。考察了吸附As(Ⅴ)的动力学、热力学,吸附等温线及温度、水中共存离子对其去除 As(Ⅴ)的影响,发现纳米 FFT对 As(Ⅴ)的吸附符合拟二级动力学模型,计算出孔道扩散系数DP在10-11~10-13 cm2·s-1范围内,显示孔扩散是速率限速步骤。Langmuir,D-R(Dubinin-Radushkevich)和Freundlich三类吸附等温式都能够较好拟合吸附过程,低浓度下Langmuir计算Qm达到26.46mg/g。同时,研究了地下水中常见共存离子对吸附的影响,发现Ca2+、Mg2+离子促进吸附,H2PO4-和HCO3-离子明显抑制吸附过程。 2.采用正/反向共沉淀法分别制备出不同铁钛配比的新型纳米复合材料—Fe3O4/TiO2。对以两种方法制备的材料外观、磁性以及其对水中砷(Ⅴ)的吸附性能进行比较,表明相同铁钛配比的材料具有类似的外观性质和磁性:随着铁含量的降低材料由黑灰色向乳白色转变,磁性随之减弱,当 Fe摩尔比≤50%时,材料基本丧失磁性。正向共沉淀法制备的材料吸附性能优于反向共沉淀法,正向Fe:Ti=9:1材料的磁性最强,对砷的吸附性能也较好,对起始As(Ⅴ)浓度为500μg/L的模拟含砷水,经3h吸附后,As(Ⅴ)的去除率达到90%以上。比表面和孔隙测试结果表明:材料为介孔结构。其具有279.1 m2/g的比表面积和7.14 nm的计算BJH平均孔径。实验室模拟吸附剂的自由沉淀与外加磁场的沉淀过程,比较沉淀过程中的浊度变化,在最初的20 min内,两者的浊度去除率分别为19.4%和74.4%。 以上两种材料的制备方法简单、材料易得,并且具有较好的吸附除砷性能,尤其在低浓度条件下具有较高的吸附容量,并且吸附后,能够通过自身重力或外加磁场实现吸附剂的分离,能够作为饮用水除砷的吸附剂。