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饮用水中的有害阴离子是除金属离子和有机物之外的另一大类污染物。三价砷(As(Ⅲ))、五价砷(As(Ⅴ))、六价铬(Cr(Ⅵ))、氟离子(F-)、硝酸根(NO3-)等阴离子存在于饮用水的含量超过可接受的水平,会引起严重的环境和健康问题,已引起世界关注。这些阴离子都是通过自然和人为因素被释放到环境和自然水源中。美国环保局(USEPA)提出了铬、砷、氟、硝酸盐的最大浓度限值分别为0.1mg/L、0.01mg/L、4.0mg/L、10mg/L。
在对于三价砷(As(Ⅲ))、五价砷(As(Ⅴ))、六价铬(Cr(Ⅵ))、氟离子(F-)、硝酸根(NO3-)的诸多去除技术里,吸附技术被最多使用。与其他技术相比,吸附技术有着费用低、操作简单、设计简洁、共存物毒害影响小、容易获得得到令人满意的结果。本研究的目的是综述水中有害阴离子,包括三价砷(As(Ⅲ))、五价砷(As(Ⅴ))、六价铬(Cr(Ⅵ))、氟离子(F-)、硝酸根(NO3-)的吸附特点和规律,主要涉及吸附剂特征及其影响,吸附等温模型,pH、离子强度及水中共存物质的影响,如阴离子、阳离子及有机物等。
吸附能力主要取决于所有因素的相互综合作用,比如pH、离子强度、共存物质、比表面积、孔隙体积、颗粒大小、表面改性和吸附剂的预处理、阴离子的初始浓度和吸附剂的用量。综述情况显示,水中阴离子吸附基本都遵从Langmuir和Freundlich等温线模型,但与Freundlich等温吸附模型相比,它们更符合Langmuir等温吸附模型。吸附剂表面的物理化学性质对水中阴离子的吸附效果有较大影响,通过对吸附剂改性能够获得较高的阴离子吸附容量。与水中阴离子pK、电荷性质匹配的吸附剂,其吸附剂表面与阴离子静电排斥作用小,或者其吸附剂表面与阴离子静电吸引作用大,其吸附具有较高的吸附容量。
与As(Ⅲ)适宜在中性或偏碱性的条件下吸附去除相比,As(Ⅴ)更易在酸性条件下被吸附去除。铬(Ⅵ)容易在低pH值下被去除,这主要是由于低pH下存在大量的H+,HCrO4-六价铬(Ⅵ)减少,并转化为铬(Ⅲ)。氟离子能够在较宽的pH值范围内被去除,但是在弱酸和强碱的条件下吸附能力会下降。硝酸根能够在弱酸性或强碱性条件下被去除,这是由于吸附剂表面的电荷作用在很大程度上影响了硝酸盐的去除。离子强度也会影响氟去除,即通过氯和硝酸盐离子的共存作用来增加吸附能力。在低的离子强度下,对铬(Ⅵ)的去除没有显著的影响,但是增加盐浓度将导致吸附能力的下降,这主要是由于增加了吸附位点的竞争作用和钠与铬(Ⅵ)之间的相互静电作用。
阴离子对氟离子吸附影响强弱的顺序为:HPO4->HCO3->CO32->SO42->NO3->Cl-。碳酸盐和磷酸盐对硝酸根和铬(Ⅵ)的去除有很大的影响。低浓度的磷酸盐即1mg/L对砷有很大的影响。三价砷的吸附效率将会下降到80%,而在5mg/L的浓度下六价砷的吸附效率下降不超过5%。与As(Ⅴ)相比较,As(Ⅲ)更容易受到共存物质的影响。Ca2+和Mg2+能增加氟离子和三价砷的吸附能力。此外,天然有机物的浓度达到10mg/L时,氟离子的去除效果将会下降达50%。
总的来说,pH值对吸附能力有很大的影响,因为它会影响离子强度、共存的阴离子如碳酸氢根、硫酸根和二氧化硅,它还会影响吸附剂的表面电荷和溶液里存在的离子种类。