砷是一种有毒的类金属元素,环境中的砷可能通过皮肤接触、消化道及呼吸道等途径进入人体,从而对人体产生危害。吸附法除砷由于优点较多而成为国内外的研究热点,而铁(氢)氧化物由于对砷具有较高的亲和力而受到了很大的关注。前人的研究所选择的铁(氢)氧化物主要集中为水铁矿、赤铁矿和针铁矿,然而关于磁铁矿和纤铁矿吸附As(Ⅲ)或者As(Ⅴ)的研究却相对较少,故研究选取磁铁矿和纤铁矿作为吸附材料对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)进行吸附,另选取已被大量研究的水铁矿作为对比。此外,砷的毒性与迁移性随其存在形态的变化而变化,As(Ⅲ)的毒性及迁移性均大于As(Ⅴ),故砷在环境中的氧化还原作用对砷的毒性与活性存在很大的影响。然而,关于含铁矿物氧化还原砷的研究却较少,故研究选取纤铁矿作为氧化性矿物对As(Ⅲ)进行氧化试验,选取黄铁矿作为还原性矿物对As(Ⅴ)进行还原试验。主要的研究内容和结果如下:1.水铁矿、磁铁矿、纤铁矿对As(Ⅲ)的吸附:在反应体系初始p H为7.0时,反应24h后三种铁矿对As(Ⅲ)的吸附达到吸附平衡,水铁矿、磁铁矿和纤铁矿对As(Ⅲ)的平衡吸附量分别为39.422、29.235、15.038 mg/g,吸附能力大小顺序为水铁矿>磁铁矿>纤铁矿。准二级动力学方程的拟合效果明显优于准一级动力学方程,三种铁矿的拟合系数均为1.000,说明吸附存在多种吸附过程,如外部液膜扩散、吸附和内部颗粒扩散等,并且吸附过程可能涉及化学吸附作用。在反应体系初始p H为2.0时,吸附等温线用Langmiur方程和Freundlich方程拟合效果均较好,拟合系数皆在0.98以上,说明三种铁矿对As(Ⅲ)的吸附为均匀介质表面的单层吸附或者非均匀介质表面的多层吸附;1/n均介于0.1至0.5之间,说明三种铁矿对As(Ⅲ)均有很好的吸附性能;水铁矿、磁铁矿、纤铁矿对As(Ⅲ)的最大吸附量分别达到了65.359、27.397、16.129 mg/g。三种铁矿对As(Ⅲ)的吸附效果在p H为4.0、7.0、9.0时较好且无明显的变化,而强酸和强碱条件都会导致As(Ⅲ)吸附效果的降低;随着磷酸盐浓度的增大,As(Ⅲ)的平衡吸附量逐渐降低;腐殖酸抑制三种铁矿对As(Ⅲ)的吸附。2.水铁矿、磁铁矿、纤铁矿对As(Ⅴ)的吸附:在反应体系初始pH为7.0时,反应24h后三种铁矿对As(Ⅴ)的吸附达到吸附平衡,水铁矿、磁铁矿和纤铁矿对As(Ⅴ)的平衡吸附量分别为18.428、12.438、16.484 mg/g,吸附能力大小顺序为水铁矿>纤铁矿>磁铁矿。准二级动力学方程的拟合效果明显优于准一级动力学方程,三种铁矿的拟合系数均在0.999以上,说明吸附存在多种吸附过程,如外部液膜扩散、吸附和内部颗粒扩散等,并且吸附过程可能涉及化学吸附作用。在反应体系初始p H为2.0时,吸附等温线用Langmiur方程和Freundlich方程拟合效果均较好,拟合系数皆在0.95以上,说明三种铁矿对As(Ⅴ)的吸附为均匀介质表面的单层吸附或者非均匀介质表面的多层吸附;1/n均介于0.1至0.5之间,说明三种铁矿对As(Ⅴ)均有很好的吸附性能;水铁矿、磁铁矿、纤铁矿对As(Ⅴ)的最大吸附量分别达到了105.26、45.455、14.706mg/g,吸附能力大小顺序为水铁矿>磁铁矿>纤铁矿,此与动力学部分的水铁矿>纤铁矿>磁铁矿顺序不同,说明p H的改变会导致铁矿吸附As(Ⅴ)能力的改变。升高温度有利于吸附反应的进行,说明吸附反应是个吸热的过程;支持电解质Na Cl浓度的改变对As(Ⅴ)平衡吸附量没有显著的影响;除纤铁矿在强酸性条件下对As(Ⅴ)的吸附较弱外,三种铁矿对As(Ⅴ)的吸附随着p H的升高而逐渐降低;由于竞争吸附作用,磷酸盐浓度的增加使得As(Ⅴ)的吸附量显著降低;低浓度的腐殖酸可能会微弱地促进水铁矿和磁铁矿对As(Ⅴ)的吸附,高浓度的腐殖酸明显抑制三种铁矿对As(Ⅴ)的吸附。3.纤铁矿对As(Ⅲ)的氧化:纤铁矿对As(Ⅲ)同时存在着吸附作用和氧化作用。本试验条件下,在反应进行21 d后,溶液中的As(Ⅴ)浓度不再变化,说明纤铁矿对As(Ⅲ)的氧化已达平衡,As(Ⅲ)的氧化量为18.325 mg/L。随着初始As(Ⅲ)浓度的增加,溶液中的As(Ⅴ)浓度逐渐增加,说明As(Ⅲ)的氧化量逐渐增大,然而由于溶液中总砷浓度的增加,As(Ⅲ)的氧化率逐渐降低。酸性条件有利于纤铁矿对As(Ⅲ)的氧化。4.黄铁矿对As(Ⅴ)的还原:黄铁矿对As(Ⅴ)存在着明显的还原作用。黄铁矿对As(Ⅴ)存在吸附作用,然而较之水铁矿、磁铁矿和纤铁矿不同,黄铁矿对As(Ⅴ)的吸附需要很长的时间才可以达到吸附平衡。随着反应时间的增加,As(Ⅴ)的还原量先变大后逐渐降低。随着初始As(Ⅴ)浓度的增大,As(Ⅴ)的还原量逐渐增大,然而还原率却逐渐降低。在酸性条件下As(Ⅴ)的还原量大于中碱性条件下的还原量。