【摘 要】
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湖南锡矿山附近水域含有高浓度的有毒金属锑,其严重性已经直接威胁到了周边矿区居民的饮食健康。近年来,有学者发现铁基非晶合金应用于偶氮染料的处理中表现出超高的反应活性,基于同样原理,在重金属废水的处理中也可以发挥铁基非晶合金优异的化学还原性及物理吸附性。因此,本文以Sb(Ⅲ)作为目标去除离子,基于湖南锡矿山附近水域的锑浓度,研究三种不同形貌及粒径的Fe78Si9B13非晶合金对溶液中Sb(Ⅲ)的去除性
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湖南锡矿山附近水域含有高浓度的有毒金属锑,其严重性已经直接威胁到了周边矿区居民的饮食健康。近年来,有学者发现铁基非晶合金应用于偶氮染料的处理中表现出超高的反应活性,基于同样原理,在重金属废水的处理中也可以发挥铁基非晶合金优异的化学还原性及物理吸附性。因此,本文以Sb(Ⅲ)作为目标去除离子,基于湖南锡矿山附近水域的锑浓度,研究三种不同形貌及粒径的Fe78Si9B13非晶合金对溶液中Sb(Ⅲ)的去除性能和去除机理。在此基础上,选出性能较优的Fe78Si9B13非晶合金材料,研究环境因素对去除效率的影响。最后,以锡矿山附近水域存在的多种重金属离子为研究对象,探究多种离子共存情况下Sb(Ⅲ)的实际去除效果。为Fe78Si9B13非晶合金可以成功应用于湖南锡矿山附近水域的处理和修复提供精确依据。首先研究了Fe78Si9B13非晶合金条带去除Sb(Ⅲ)的可行性,以工业常用300目铁粉作为参比物,对比研究了两种铁材料对溶液中Sb(Ⅲ)的去除性能和去除机理。结果显示在相同实验条件下,非晶条带的表面积约化反应速率系数是铁粉的41倍,去除过程均符合准一级动力学模型。与铁粉相比,非晶条带对水中Sb(Ⅲ)表现出更优异的去除性能归功于两个原因:一方面是铁粉与非晶条带在反应过程中水解产生的Fe OOH量不同;另一方面是类金属元素降低了产物层的致密性,条带表面的产物层会经历生成—脱落—再生成的一套循环过程,使得内部的零价铁可以持续不断的固定水中的Sb(Ⅲ)。非晶条带在去除过程中表现出优异的可循环使用潜质,在不进行任何处理的情况下重复使用6次,仍能保持62.3%的去除率。对于锡矿山周边的地下污水,Fe78Si9B13非晶合金条带由于尺寸太大无法得以应用,所以对比研究了同成分的雾化非晶粉末和球磨非晶粉末对Sb(Ⅲ)的去除性能。发现与球磨粉末相比,雾化粉末的去除时间缩短了近50 min,展现出更优异的去除性能,同时粉末之间保持着良好的分散性,没有团聚现象的发生。雾化粉末对于单一Sb(Ⅲ)的去除,最佳反应温度为308 K,最佳初始溶液p H为5,粉末用量大于1.0 g/L均能有效去除10 mg/L的Sb(Ⅲ)废水。此外,雾化粉末对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)、Sb(Ⅲ)的同步去除研究中,发现各重金属的去除率与其标准电极电位呈现紧密的相关性,其中电极电位较高的Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)对溶液中Sb(Ⅲ)的去除效果影响较大。
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