厌氧环境中硫代亚砷在水-矿物界面的吸附行为研究

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近几年,砷污染已经引起人们的广泛关注,砷的地球化学循环与人类生产生活息息相关。硫代亚砷酸盐作为砷在含硫水环境中的重要砷形态,这种形态在水体中的迁移转化及其环境行为一直不清楚,特别是硫代亚砷酸盐在水—矿物界面的吸附反应过程缺乏研究。本文选取两种水环境中常见的铁矿物(磁铁矿和硫化亚铁)作为吸附剂,对于硫代亚砷酸盐进行了吸附动力学研究,实验得到如下主要结论:  (1)考察了不同的样品制备方法和初始硫砷比对于硫代亚砷形态的影响,并使用XAS技术和拉曼光谱法表征了pH中性条件下制备的硫代亚砷样品,研究发现:两种制备方法都得到较好的硫代亚砷酸盐产物。在pH值7条件下,硫砷比不同,硫代程度不同,S∶As=3∶1溶液中的硫代亚砷形态比S∶As=1∶1的硫代程度高。  (2)使用磁铁矿和硫化亚铁对亚砷酸盐和硫代亚砷酸盐进行了吸附动力学研究,并考察了pH值对吸附量的影响。研究发现:两种矿物对硫代亚砷酸盐的吸附量都低于亚砷酸盐。pH值对吸附过程具有重要影响。在pH7时磁铁矿吸附硫代亚砷酸盐的吸附量最大,随着pH值的增加,磁铁矿对硫代亚砷酸盐的吸附量降低。而硫化亚铁对硫代亚砷酸盐的吸附量随pH值的变化不明显。  (3)使用SEM技术、XAS技术以及拉曼光谱对pH中性条件下不同硫代程度的硫代亚砷酸盐在两种吸附剂表面吸附24h固体样品进行了表征。结果表明,硫代亚砷酸盐在吸附过程中发生了形态变化,并产生了表面沉淀物。吸附矿物不同,发生的吸附反应不同。硫代亚砷酸盐在磁铁矿表面形成单质硫和少量硫化亚铁。硫代亚砷酸盐吸附在硫化亚铁矿物上产生了类雄黄和毒砂的表面沉淀物。  本文的研究结果补充了含硫水环境中砷形态的矿物界面吸附研究,有助于完善砷的地球化学循环过程的研究,可能为高砷地下水的形成原因提供科学依据和基础理论数据,有助于砷污染地下水的治理措施的提出。
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