水中As(Ⅲ)高级氧化技术的研究进展

砷的毒性不仅与其含量有关,更取决于砷元素的形态。砷有多种价态,在自然条件下砷主要为正三价和正五价。无机砷中三价砷的毒性明显高于五价砷,其毒性约为五价砷的30~60倍,且五价砷的吸附性和稳定性更强。故工艺过程中多将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)进而脱除或进一步回收利用。重点介绍了水中As(Ⅲ)的高级氧化法(过硫酸盐氧化、光催化氧化、O_(3)氧化法、超声波氧化和Fenton氧化)的研究现状和进展,并展望了高级氧化技术在处理含砷废水领域的发展方向。

水中As(Ⅲ)的氧化动力学研究

文章以空气作为氧化剂进行了氧化A(sⅢ)的相关实验,探讨水中A(sⅢ)的氧化动力学过程。实验结果表明:pH对曝气氧化水中A(sⅢ)的影响不明显;室温条件下避光曝气8 h时A(sⅢ)的氧化率为9.24%,阳光下曝气8 h时,氧化率达到17.92%,阳光下曝气氧化水中As(Ⅲ)的效果明显比避光曝气时的好,氧化过程均符合一级动力学过程。结论:曝气能对水中的A(sⅢ)起到一定的氧化作用,光照对于水中的A(sⅢ)的氧化起到了重要的作用。

微波溶剂热法制备ZnGa_2O_4及其在光催化氧化除As(Ⅲ)中的应用

通过微波溶剂热法合成宽禁带ZnGa_2O_4纳米光催化剂,并利用X射线衍射仪(XRD)、氮气吸脱附仪、紫外-可见漫反射仪(UV-Vis DRS)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振谱仪(ESR)等技术系统表征了不同制备条件对样品物相和微观形貌、比表面积和孔结构、光吸收性能和光催化活性物种等结构和性质的影响。同时,比较了TiO_2和ZnGa_2O_4纳米颗粒在光催化氧化As(Ⅲ)中的性能差异。结果表明,在紫外光照射下,微波溶剂热法制备的ZnGa_2O_4纳米颗粒具有良好的As(Ⅲ)的光催化氧化能力(40 min可达99.1%),相比于TiO_2光催化剂(84.5%)有很大提高。此外,通过对ZnGa_2O_4纳米光催化剂氧化去除As(Ⅲ)光催化机理的初步探索发现,超氧自由基(O2·-)和空穴(h+vb)是此过程中起主要作用的中间反应活性物种。

Bi_2Sn_2O_7的不同水热法制备及其可见光光催化除As(Ⅲ)性能分析

利用微波和普通水热法合成出了具有可见光响应的Bi_2,Sn_2O_7纳米光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振谱(ESR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品的晶相、比表面积、光吸收性能、形貌、光催化活性物种等结构与性质进行了系统表征,比较微波水热Bi_2,Sn_2O_7(MH-BSO)与普通水热Bi_2Sn_2O_7(TH-BSO)形貌和微结构,并考察两者在可见光光照下光催化氧化As(Ⅲ)的性能差别。实验结果表明,MH-BSO具有更细小的粒径和更大的比表面积,而在可见光照射下,MH-BSO样品比TH-BSO样品具有更好的As(Ⅲ)的光催化氧化能力(可达98.7%)。此外,对Bi_2Sn_2O_7纳米光催化剂氧化去除As(Ⅲ)的光催化机理进行初步探索,结果表明超氧自由基(O_2^(-·))和空穴(h_(VB)^+)是主要起作用的中间反应活性物种。

整流电絮凝技术对缺氧地下水中As(Ⅲ)的原位修复

地下水中砷污染的原位修复治理对人类社会的可持续发展具有重要意义.本文研发了一种新型整流电絮凝反应体系,可实现对缺氧地下水As(Ⅲ)的原位修复.实验结果表明,最优操作条件为:电流密度为4.4 m A·cm^(-2),铁棒和MMO的阳极工作时间比值(TFe-anode/TMMO-anode)为1∶2,反应周期为24 s.在最优条件下,含有500μg·L^(-1)As(Ⅲ)的模拟地下水经过30 min电絮凝处理后砷的固定脱除效率达92%,总能耗为0.11 kW·hm^(-3).此外,水体中的HCO_3^-和PO_4^(3-)等无机阴离子对砷的固定具有抑制作用.在该反应体系内,电解生成的Fe(Ⅱ)与O2之间的氧化反应生成具有强氧化性的Fe(Ⅳ)可有效将As(Ⅲ)氧化成毒性较小且更易于固定脱除的As(Ⅴ),进而显著促进了砷在Fe(Ⅲ)絮凝沉淀作用下的固定脱除.

电化学氟化提高TiO2薄膜光电催化性能

为了提高二氧化钛(TiO2)薄膜光电性能,采用电化学氟化制备氟化二氧化钛薄膜(F-TiO2),优化电压、时间、氟离子浓度对F-TiO2光电性能的影响,考察F-TiO2薄膜光电催化As(Ⅲ)和苯酚的性能,并测试F-TiO2薄膜光吸收性质,F-TiO2在400℃焙烧后光电流以及TiO2薄膜电极在含氟水溶液中光电流,分析F-TiO2光电催化性能提高的原因。结果表明:最佳氟化条件为10 V、5 min、0.5%NaF;在0.8 V,N2条件下,F-TiO2稳态光电流提高约2.6倍;在0.8V,空气条件下,光电催化As(Ⅲ)和苯酚速率提高2.0倍左右。电化学表面氟化形成化学键氟可能是提高TiO2光电催化性能的主要因素。

“吃”砒霜的细菌——解析微生物的砷代谢

研究发现一些微生物可以利用剧毒的类金属砷(As)为自身生长获取能量甚至用砷代替磷维持生长。本文综合分析了近期的研究进展,从以下6方面解析微生物多重的砷代谢产能机制:(1)化能无机自养As(Ⅲ)氧化供能;(2)有机异养型As(Ⅲ)氧化供能;(3)呼吸性As(Ⅴ)还原供能;(4)As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用;(5)As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)、还原As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用之间的关联;(6)As(Ⅴ)代替磷维持细菌生长。阐明微生物利用砷的机理在生命起源、生命多样性、进化、地球化学循环及污染治理等方面都具有重要价值。

负载AsOB离子交换纤维FFA⁃1去除水中三价砷

对比两组填充了离子交换纤维FFA⁃1的固定床反应器(R1和R2)的运行处理效果,研究负载功能微生物的离子纤维组合工艺对不同浓度As(Ⅲ)的去除能力.研究结果表明接种了三价砷氧化菌(AsOB)的R1能够长期稳定并高效地去除不同浓度(1~10 mg·L^-1)As(Ⅲ).未接种AsOB的R2反应器初期无法去除As(Ⅲ),随着微生物逐步侵入R2反应器,7 d后R2反应器As(Ⅲ)去除率逐渐与R1接近.相对于一直稳定运行的R1反应器,每次提升进水中As(Ⅲ)浓度后R2去除率呈现先下降后上升的趋势.同时,在运行过程中发现进水中NO3^-和SO4^2-等阴离子也会被R1和R2去除从而导致As(Ⅲ)去除总量的下降.离子交换纤维FFA⁃1再生实验证实R1和R2中的纤维与原始的离子交换纤维FFA⁃1再生效果相当(再生率均达到90%以上).进一步研究微生物种群结构在反应器中的变化发现离子交换纤维作为微生物载体可能是影响微生物种群结构的重要因素.本研究证实了功能微生物AsOB联合离子交换纤维可以作为一种高效去除地下水中三价砷的工艺,具有很好的应用前景.