硅藻土负载铁氧化物对砷吸附的研究

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目前世界范围内存在着严重的水体砷污染亟需解决的现状,本研究旨在探索一种经济有效的方式来解决这一问题。铁氧化物为现今研究较多的一种材料,它对水中的砷有很强的亲和力。然而,通常铁氧化物均以粉末或絮状物出现,这一点限制了其在水处理中的应用。因此,在本研究中尝试制作一种新型吸附剂,即覆膜硅藻土,并对其吸附水中砷的效果进行测试,同时对比一些商用铁氧化物型离子交换树脂以判断其优劣。研究中将硅藻土清洗后利用铁氧化物进行覆膜,烘干清洗后再根据需要进行若干次覆膜。制成的样品将进行结构、组成、表面特征及结晶性等分析。通过实验,确定最佳覆膜方式,并利用最佳覆膜方式下的样品进行对三价砷及五价砷的吸附动力实验以确定吸附平衡时间并对比商业吸附剂以初步判断其优劣。随后进行不同pH值及温度下的吸附平衡实验,以了解样品对三价砷及五价砷的吸附行为。根据实验结果,覆膜后的硅藻土因其比表面积和表面亲和力得到了提升,其对砷的吸附能力较原始硅藻土有大幅的提升。在覆膜后其比表面积(93m2/g)较原始硅藻土(51m2/g)仅扩大了45%,这个增幅并不能带来吸附能力的显著增加,故吸附效能的提升主要源自覆膜后的硅藻土表面附着具有活性电荷的铁氧化物。同时在针对三价砷及五价砷进行吸附时,覆膜后的硅藻土需48小时达到吸附平衡,但在吸附过程中也呈现出不同的吸附行为。覆膜硅藻土针对三价砷吸附量(约16mg/g)是针对五价砷的吸附量(约6mg/g)的2-3倍,与商用吸附剂的吸附能力恰好相反。但考虑到覆膜硅藻土的成本低廉且无需进行氧化预处理,覆膜硅藻土仍具有一定的优势。pH值对覆膜后硅藻土吸附两种价态的砷也呈现出不同结果。覆膜硅藻土吸附三价砷,在pH=4-8时,可保持较高的吸附量,而pH<4或pH>8时则呈现下降趋势,究其影响应为三价砷在水中形态随着pH值转变从而导致了吸附过程中静电力的变化,致使吸附量先升高后降低;当覆膜硅藻土吸附五价砷时,吸附量随pH值增加而降低,推断为随pH升高,五价砷在水中形态转变使负电荷量增加,同时硅藻土表面的负电荷增加致使静电排斥力增加,从而导致吸附量随pH增加而下降。温度对覆膜硅藻土吸附两种价态的砷也均产生影响,且同为温度增加时吸附量下降。再次验证砷的吸附过程属放热反应,故随温度升高而吸附量下降。研究结果表明,覆膜后的硅藻土对砷有较好的吸附能力。同时,覆膜硅藻土对砷的吸附过程也可较好的通过等温吸附式进行拟合。综上,覆膜硅藻土在未来水处理的研究与应用中具有一定的潜力。
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