论文部分内容阅读
砷是水环境中毒性极强的有毒重金属。吸附法因除砷效果好、技术简单易操作、吸附剂来源广泛种类多等优点受到越来越多的关注。本文利用共沉淀法制备了FeIII/ATP、FeII,III/ATP两种材料,考察Fe/ATP对水中AsV和AsIII的吸附行为,包括动力学和热力学行为,分析pH对AsV和AsIII行为的影响,借助常规形貌表征手段(如FTIR、XPS等)探讨了Fe/ATP表面官能团对AsV和AsIII的作用机制,利用DFT计算真实再现复合Fe/ATP吸附剂界面吸附AsIII的过程,对Fe/ATP吸附As的内在机理进行揭示。所得主要结论如下:(1)铁成功的负载在凹土上,FeIII/ATP和FeII,III/ATP两种材料的含铁量分别为16.7和17.1%;在FeIII/ATP以及FeII,III/ATP两种材料上的成晶物前者为Fe2O3,Fe主要以FeIII存在;后者为Fe3O4与Fe2O3的混合物,Fe存在FeIII和FeII两种价态,XRD与HRTEM表明凹土主要暴露晶面是(200)(2)FeIII/ATP和FeII,III/ATP对AsIII具有强的吸附能力,饱和吸附量分别可达21.8和16.3mg/g,单位Fe吸附AsIII的量(Qmax/Fe)明显高于一般粘土矿物。FeIII/ATP和FeII,III/ATP对AsV的饱和吸附量分别为29.8和26.3mg/g。准二级动力学能较好拟合Fe/ATP对As的吸附行为,表明该吸附过程以化学吸附为主。(3)XPS、FTIR分析表明,Fe/ATP中,与ATP骨架中Al-O层结合的Fe是As的主要结合位点,Fe/ATP的吸附能力主要源自于负载在凹土表面的铁氧化物,材料反应前后等电点与表面络合模型分析表明,As与Fe/ATP表面的羟基配体交换形成了内球面的络合物,表面络合模型的拟合结果进一步说明As与铁氧化物上的作用基团发生1:1的配位反应,形成的内球面的络合物为单齿的络合物。(4)DFT计算表明,ATP表面铁氧化物的生长方式主要是横向生长,与AsIII较易生成单齿单核络合物。态密度分析表明,生成单齿单核Fe-As逐渐向能量更低、更稳定的双齿单核络合物生长。(5)负载到ATP上的Fe的s、p轨道收缩、能量整体向费米能级靠近,变得异常活跃,有利于对As的吸附。Fe/ATP上的Fe兼具纯Fe2O3的成键特征,并且具有较强的成键方式,导致Fe/ATP对As具有较高吸附能力。Fe/ATP骨架中的Al的偏态密度在吸附As后发生了明显变化,ATP的Al-O层是Fe成为活性Fe的关键。