高级氧化技术去除阿散酸及其絮凝机制的研究

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苯胂酸类有机砷被广泛用于家禽和饲料添加剂中,目前常用的有阿散酸(ASA,对氨苯胂酸,C6H8AsNO3)和洛克沙胂(ROX,3-硝基-4-羟基苯胂酸,C6H6AsNO6)两种。用于农田的施肥的动物粪便含有大量的阿散酸,从而对地表水,地下水和土壤造成了严重的污染。本文研究了废水中阿散酸和苯胂酸(PA)的絮凝特性,重点考察了苯环取代基对砷在絮体表面的絮凝吸附作用的影响机制,并进一步研究了Fenton氧化法和二氧化钛光催化氧化技术去除阿散酸的效能。本文从氨基取代苯胂酸的角度,开展絮凝去除饮用水中ASA和PA的研究,考察了Fe絮凝剂投加量、溶液的pH等因素对絮凝去除As(V)、ASA和PA效能的影响。在初始砷浓度为20 mg/L,氯化铁投量为40mgFe/L的条件下,As(V)的混凝去除率可达99%。絮凝絮体的FTIR和XPS表征结果显示,铁盐水解产物铁氧化物中的-OH基团对砷的去除有重要作用。As(V)、ASA和PA中的As-O-基团取代了Fe氢氧化物的-OH基团形成Fe-O-As形式的络合物,从而将砷从水中去除。进一步分析了影响絮凝除砷效果中氨基和苯环取代产生的作用。随着苯环的取代,苯胂酸的分子尺寸增大,从而会阻碍苯胂酸与Fe氢氧化物之间的表面络合行为。另外,由于ASA中氨基的存在,氨基能和Fe氧化物发生络合形成新的络合物,相比于PA,ASA有更多的活性位点能够和Fe氧化物形成络合物。为提高ASA的去除效果,开展了Fe(II)/H2O2氧化苯胂酸类(ASA和PA)和二氧化钛光催化阿散酸的研究。Fenton氧化结果表明,在Fenton氧化的条件下能够有效地将ASA和PA氧化为As(V),同时利用Fe絮体较强的吸附能力能够将As(V)完全的吸附去除,使处理水的砷浓度达到废水的标准。在pH=3,Fe2+/H2O2=1/1.5(FeSO4=40mg/L H2O2=60mg/L)的条件下ASA氧化效果最佳,氧化率为99%。因此,在实际工程应用中,可以利用Fenton氧化-絮凝耦合处理受到ASA污染的实际水体,这在技术和经济方面都是完全可行的。二氧化钛光催化结果表明,在P25催化作用下,模拟自然光可氧化降解ASA为As(V),最终通过P25对As(V)的吸附作用将水中砷有效去除。当ASA初始浓度为2mg/L,P25投量为1 g/L时,光催化氧化-吸附0.5 h后,水中剩余砷的浓度约为0.34 mg/L。酸性条件下ASA的去除率远远高于碱性条件,最佳光照强度为68.5 mW/cm2。P25光催化氧化ASA过程中羟基自由基起到了主要作用。对絮凝去除苯胂酸效果和机制的研究以及对Fenton氧化-絮凝耦合法和二氧化钛光催化法去除阿散酸的效果和机理的探索都将为废水中去除阿散酸的工程应用提供技术支撑,同时也将为探索低能耗、低成本、高效率的除砷方法奠定理论基础。
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