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地下水砷污染问题是全球饮用水的主要威胁之一,对生态环境系统造成严重危害,并威胁到人和动植物的健康安全。铁矿物在土壤和沉积物中广泛存在,对砷具有较强的吸附能力。砷在铁矿物表面的吸附和解吸是控制砷在自然水体中迁移与转化的重要因素,决定了砷在自然环境中的形态、行为和归趋,是砷地球生物化学行为的一个重要过程。pH值、氧化还原电位、共存离子(如磷酸、硅酸)等多种因素可以影响到砷的吸附和解吸行为。研究不同的环境因素对砷在铁矿物表面吸附-解吸行为的影响,对于理解和认识砷在自然环境中的迁移和转化具有重要的意义。 本论文主要的研究内容包括以下三个部分: (1),砷在水铁矿上表面吸附-解吸行为研究。主要研究了干燥过程对砷酸和亚砷酸在水铁矿表面吸附和解吸的影响。吸附等温线、动力学和pH值吸附边实验表明冷冻干燥极大地降低了砷酸在水铁矿表面的吸附。砷酸在湿样水铁矿表面解吸实验结果表明磷酸浓度较低时(0.1M),砷酸在低pH值吸附(pH值3.0或4.0),砷酸的解吸受pH的变化影响不大;在较高pH值吸附(pH值6.0或8.0)时,随着解吸pH增大,砷酸的解吸量也逐渐增大,高pH值吸附的解吸量一般高于低pH值吸附的解吸量,原因可能是酸性条件下砷酸在水铁矿表面吸附的过程中形成砷酸铁表面共沉淀减少了砷酸的解吸;当磷酸的浓度增加到0.5M时,解吸pH值对砷酸的解吸产生了极大的影响,砷酸在pH为6-7时达到最大的解吸量,这可能是由于大量的磷酸盐破坏了水铁矿的结构导致大量的砷酸解吸;砷酸吸附了的湿样水铁矿经冷冻干燥或真空干燥后,砷酸的解吸发生了大幅度的降低。真空干燥也降低了砷酸在干样水铁矿表面的解吸,但真空干燥的对干样水铁矿的影响比湿样水铁矿影响要小。硫酸离子的存在会对砷酸在湿样水铁矿表面的吸附解吸产生影响,提高真空干燥的温度也会降低砷酸在水铁矿表面的解吸;但真空干燥过程对砷酸在结晶性较好的针铁矿上的影响不够明显。真空干燥同样降低了亚砷酸在湿样水铁矿表面的解吸,亚砷酸在湿样水铁矿表面的解吸量高于砷酸的解吸量,具有更高的迁移性和危害性,在pH为5-7之间亚砷酸具有较高的解吸量,pH增大或减少,解吸量都会降低;亚砷酸在高pH值吸附,解吸量较多,最大的解吸量可达到95.65%(pH8吸附,pH6解吸)。羟基也可以导致砷酸在水铁矿表面的解吸,在湿样水铁矿的表面解吸速率较快,可以在6h内完成解吸,但在干样水铁矿表面的解吸相对缓慢,是一个长期的过程;增加氢氧化钠的浓度,砷酸解吸量增大,但当氢氧化钠的浓度增加到一定值时,砷酸解吸量的增加不大。此外,干燥对氢氧根解吸砷酸的影响不大。 (2),砷在Fe(Ⅲ)修饰的13X分子筛吸附行为和机理研究。通过Fe(Ⅲ)的吸附或离子交换作用合成了一种Fe(Ⅲ)修饰的13X分子筛。通过吸附动力学、吸附剂量、吸附等温线和pH值吸附边的实验研究了砷酸和亚砷酸在Fe(Ⅲ)修饰的13X分子筛吸附行为,借助SEM-EDX、PXRD和ATR-FTIR的分析方法来研究砷酸在Fe(Ⅲ)修饰的13X分子筛的吸附机理。砷酸在Fe(Ⅲ)修饰的13X分子筛表面去除的可能性机理是砷酸与Fe(Ⅲ)修饰的13X分子筛上水铁矿表面的羟基发生配体交换反应形成了内层的双齿表面络合物。 (3),孔径和有机酸对砷酸在溶液中扩散行为影响研究。主要采用扩散池法研究了膜的孔径和溶解性有机砷对砷酸扩散系数的影响。研究结果表明,在较低膜孔径时,砷酸的扩散系数剧烈增加,之后随膜孔径的增加逐渐减慢,ExpAssoc模型拟合表明最大扩散系数为11.2565×10-6cm2/s。溶解性有机酸导致砷酸扩散系数增加,原因可能是静电效应和离子效应。这些结果使我们进一步了解和认识砷酸在不同环境中的扩散,对不同体系中模拟砷在环境中的迁移行为具有重要的意义。