不同Mn/Fe比例天然含铁锰矿的As(Ⅲ)吸附性能与机制

水体中的砷主要以亚砷酸(As(Ⅲ))形态存在.金属氧化物常用于水体砷的去除,但其对As(Ⅲ)的亲和力较弱,导致水体砷很难去除,因此,寻求高效、廉价、绿色的除As(Ⅲ)材料具有显著的环境意义.天然含铁锰矿是一种高效的砷吸附剂,由于自然形成条件复杂,其不同含铁锰矿对As(Ⅲ)的去除性能存在较大差异.本研究以两种不同Mn/Fe比例的天然含铁锰矿(NFM-L、NFM-H)为研究对象,评估其对As(Ⅲ)的吸附性能,并结合XPS、XRD等光谱学表征手段探究其砷的去除机制.实验结果表明,NFM-L的Fe含量是NFM-H的5.61倍,其As(Ⅲ)的最大吸附量(24.82 mg·g^(−1))与吸附速率亦显著高于NFM-H(18.94 mg·g^(−1)),NFM-L和NFM-H对As(Ⅲ)的等温吸附曲线更符合Freundlich模型.影响因子实验表明,溶液pH值对NFM-L的影响更大,共存离子H_(2)PO_(4)^(−)能够显著抑制两种材料对As(Ⅲ)的吸附,但是材料粒径对As(Ⅲ)去除的影响较小.光谱学表征发现,两种矿物吸附砷后结构并未发生明显变化,但锰氧化物能将As(Ⅲ)氧化为As(V),从而显著提高了铁锰矿对砷的吸附能力.

改性天然含铁锰矿的除汞性能及改性机制研究

汞是一种有毒金属元素,广泛存在于自然界的水体和土壤环境中。本研究以天然含铁锰矿(FMO)为研究对象,探究水合肼改性天然含铁锰矿(HFMO)的除汞性能及机制。结果表明,FMO主要由纤铁矿、菱锰矿和铁锰复合物等组成,其Fe、Mn含量分别为1.86%、45.61%;HFMO结构中的杂质显著减少,比表面积和孔隙率明显增加。FMO对汞的吸附受水体pH影响大,pH7时Hg(Ⅱ)去除率最高(75.3%);而改性后,HFMO的除汞性能大幅提高,且受pH影响小,在pH3-11范围内,Hg(Ⅱ)去除率稳定在98.2%-94.0%。经Langmuir模型拟合发现,FMO和HFMO对Hg(Ⅱ)的饱和吸附容量分别为12.34、20.46mg·g^(-1)。同时改性HFMO对汞的吸附性能受陪伴离子影响较小。据FTIR、XPS等改性机制表征的数据推测,HFMO表面含有丰富的羟基,Hg(Ⅱ)主要与结构中的Fe-OH和Mn-OH结合。本研究提供了一种高效、低廉的天然含铁锰矿改性方法,对天然含铁锰矿在汞污染修复领域的应用具有重要的指导意义。

天然含铁锰矿对砷的高效去除性能与机制研究

为开发高效、廉价的水体As(Ⅲ)去除材料,采用天然铁锰矿(NFM)作为吸附剂,通过动力学、热力学、等温吸附以及吸附/解吸试验评估其对As(Ⅲ)的吸附性能,结合傅里叶变换红外光谱、扫描电镜以及X射线光电子能谱(XPS)等表征手段进行机理分析,并与铁锰二元氧化物(FMO)、水钠锰矿(Bir)和针铁矿(Goe)的吸附特性进行对比。结果表明:NFM主要由锰氧化物和铁氧化物组成,铁锰摩尔比为6∶1,比表面积为280.4 m2/g,对As(Ⅲ)的饱和吸附容量为48.3 mg/g。Freundlich模型和准二级动力学模型能较好地拟合NFM的吸附过程。XPS等分析表明,NFM的吸附和氧化的协同作用是去除As(Ⅲ)的关键因素。其中,锰氧化物展示出优异的氧化As(Ⅲ)的能力,而铁氧化物具有强的吸附作用。

基于岭脊分析的天然含铁锰矿改性优化及机制研究

采用水合肼法对天然含铁锰矿进行改性,并用岭脊分析法优化改性工艺,从而提高天然含铁锰矿的砷吸附去除性能。结果表明,水合肼投加量和高锰酸钾投加量对改性天然含铁锰矿的砷吸附性能有显著影响,岭脊分析得到的天然含铁锰矿最优改性条件为水合肼投加量1.5 mmol/g、H_(2)SO_(4)3 mol/L、高锰酸钾1.1 mmol/g,此条件下获取的改性天然含铁锰矿对As(Ⅲ)、As(Ⅴ)去除率分别可达97.42%±0.06%、97.47%±0.48%,对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)饱和吸附容量分别为15.29、8.01 mg/g,均明显优于天然含铁锰矿。改性过程在溶解天然含铁锰矿中杂质的同时,也使得天然含铁锰矿表面活化,不仅提高了As(Ⅲ)氧化能力,也增大了As(Ⅴ)吸附作用。