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受到自然过程和人类活动的影响,锑已经广泛存在于环境中。尽管锑与砷在化学性质和毒性上有着相似的特点,也是美国环保局和欧盟所关注的优先污染物,但是关于锑的环境行为,控制技术,甚至是溶液化学的相关研究都很少。在本论文中,主要研究了三氯化铁对水体中不同价态锑的混凝去除和铁氧化物对锑的吸附特征。
混凝去除饮用水中的锑,主要研究了锑污染水平、混凝剂的类型和剂量、pH和干扰离子对Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)去除率的影响。结果显示,三氯化铁(FC)去除Sb(Ⅴ)的最佳pH是4.5-5.5,并且随着pH的升高,Sb(Ⅴ)去除率持续下降,而高的Sb(Ⅲ)去除率在一个广泛的pH范围内都能实现。与FC高效去除锑相反,硫酸铝(AS)去除Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)的效率非常低。当一系列竞争离子存在时(包括碳酸氢根、硫酸根、磷酸根和腐殖酸),在相对较低的铁剂量下(2×和4×10-4 M的Fe),Sb(Ⅴ)的去除率随着竞争离子浓度的增加而降低。但是,当系统变为偏弱酸性或投入较高的铁剂量时,竞争离子的影响会降低。与Sb(Ⅴ)相反,Sb(Ⅲ)的去除率一直保持着比较高的水平,只是在HCO3-和SO42-的存在下会受一点影响。尽管磷酸根和腐殖酸在低的铁剂量时对Sb(Ⅲ)的去除造成了比较严重的影响,但是随着FC达到6×10-4 M时,磷酸根和腐殖酸的存在对去除Sb(Ⅲ)的影响变得可以忽略。在一系列干扰条件下,Sb(Ⅲ)的去除效果都非常好,由此我们推断出FC去除Sb(Ⅲ)的机理可能不仅包括吸附,还包括共沉淀(Sb(Ⅲ)在三氯化铁水解后的铁氧化物HFO纳米晶体中的异晶置代)。HFO主要通过吸附作用(表面吸附和内吸附)去除Sb(Ⅴ),因此Sb(Ⅴ)的去除对pH和竞争离子等因素非常敏感。
锑的环境稳定性和迁移率与锑在铁氧化物表面的吸附过程息息相关。在一系列pH和温度条件下,我们比较了Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)在五种铁氧化物表面的吸附等温过程和吸附动力学。铁氧化物对Sb(Ⅴ)的吸附量在酸性条件下最高,随着pH值的上升吸附量逐渐降低,而Sb(Ⅲ)在广泛的pS条件下都能被铁氧化物强烈的吸附。根据铁氧化物吸附Sb(Ⅴ)的最大吸附量得到了五种铁氧化物在各pH值下吸附Sb(Ⅴ)所表现的表面吸附密度。吸附密度排序(pH=4和pH=9)的规律是:Fe2O3>α-FeOOH,β-FeOOH>HFO>γ-FeOOH。在不同的温度下,五种铁氧化物吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的动力学过程都非常符合准二级动力学模型。随着温度的升高,针铁矿或无定形铁对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附速率也逐渐升高。计算得出的热力学参数表明,针铁矿吸附Sb(Ⅴ)和无定形铁吸附Sb(Ⅲ)是吸热过程,而无定形铁吸附Sb(Ⅴ)和针铁矿吸附Sb(Ⅲ)是放热过程。所有的铁氧化物吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的都是自发的反应过程。