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砷是世界上最毒的化学元素之一，具有高度的致癌性，是一种典型的重金属污染物，被世界卫生组织(WHO)定位为优先处理的污染物之一。世界上包括中国在内的很多国家和地区的饮用水都不同程度的受到砷污染。铁(氢)氧化物纳米颗粒，具有很高的比表面积、吸附和催化活性，在污染物控制如净化水体砷方面具有良好的应用前景。本课题主要研究了铁(氢)氧化物纳米颗粒的制备及其对砷的吸附特征，并且与相应微米粒径的铁(氢)氧化物吸附剂进行了比较。
廉价高效的制备方法，是纳米铁(氢)氧化物纳米晶体在环境修复如去除水体中的重金属方面得到广泛应用的重要先决条件。在本研究中，以无定形的氢氧化铁(HFO)和氢氧化亚铁为前驱物，在一定的乙醇/水比、温度以及油酸的存在条件下，使无定形的前驱物转变为具有不同晶相的铁(氢)氧化物纳米晶体。利用这个方法，成功制备了直径为3～4nm的α-FeOOH纳米棒，边长为20～30nm的α-Fe2O3纳米立方体以及粒径为6～7nm的Fe3O4纳米球。此外，通过调节反应条件如乙醇/水比例，温度，pH等在一定程度上实现了对反应产物的晶相、粒径和形貌的控制。
铁(氢)氧化物纳米颗粒对砷的吸附重点研究了As(Ⅲ)在α-FeOOH纳米晶体表面的吸附等温过程、吸附动力学以及干扰离子和pH变化对吸附行为的影响，并且对比研究了α-FeOOH微米颗粒对As(Ⅲ)的吸附特征。结果表明α-FeOOH和Fe3O4纳米晶体对As(Ⅲ)的吸附过程均符合Langmuir吸附等温模型，纳米颗粒对As(Ⅲ)的饱和吸附量与相应的微米粒径的吸附剂相比，分别提高了5.8和54倍，而且在单位面积上对As(Ⅲ)的吸附量也有明显增加。在三种不同的温度下，α-FeOOH微米颗粒吸附As(Ⅲ)的动力学过程均符合准二级反应动力学模型，而α-FeOOH纳米颗粒在不同温度下对As(Ⅲ)的吸附则符合不同的动力学模型，而且吸附反应速率明显低于微米粒径的α-FeOOH。随着pH的升高，α-FeOOH纳米颗粒对As(Ⅲ)的吸附量增长显著，且在较广的碱度范围内能够保持对As(Ⅲ)的高吸附活性，而相应的微米粒径的吸附剂对 As(Ⅲ)吸附对pH变化并不敏感，在到达最佳pH前，吸附量基本保持稳定。α-FeOOH纳米晶体对As(Ⅲ)的吸附基本不受碳酸氢根(HCO3-)和硅酸根(SiO32-)的影响，但硅酸根(SiO32-)对微米粒径的α-FeOOH对As(Ⅲ)的吸附量却具有明显的抑制作用。当溶液中存在磷酸根(PO43-)时，α-FeOOH纳米和微米颗粒对As(Ⅲ)的吸附量明显下降，但对纳米颗粒的影响更为显著。
吸附反应与吸附剂的表面特征密切相关，在本研究中，利用亲水型的表面活性剂对所用吸附剂进行了表面改性，对比研究了经过表面活性剂改性的α-FeOOH纳米和微米晶体对As(Ⅲ)的吸附行为在吸附等温过程、吸附动力学以及干扰离子和pH变化影响等方面的变化情况。结果显示：α-FeOOH微米颗粒对As(Ⅲ)的吸附行为基本不受表面活性剂改性的影响，但表面改性对α-FeOOH纳米颗粒的吸附行为却影响显著。经过表面活性剂改性的纳米α-FeOOH在工作浓度下对As(Ⅲ)的平衡吸附量提高了2～5倍，吸附反应平衡时间缩短了近7倍，动力学曲线均符合准二级反应动力学模型；另外，α-FeOOH对As(Ⅲ)的吸附量在表面改性后随pH升高增长更为明显，且增长的速率有所提高。对于干扰离子，当溶液中As(Ⅲ)含量较低时，碳酸氢根(HCO3-)和硅酸根(SiO32-)对表面改性后的α-FeOOH纳米颗粒对As(Ⅲ)的吸附产生了较为显著的影响。