煅烧水滑石同时去除废水中Sb(Ⅴ)和刚果红的性能及机制

研发能够同时有效去除重金属和有机污染物的环境材料对于工业废水绿色高效处理具有重要意义。本文采用水热法合成了镁铝水滑石(MgAl-LDH),结合高温处理的方法制备了煅烧水滑石(LDO)。在分析煅烧产物的结构和性质的基础上,运用静态批量法研究了在煅烧温度、初始质量浓度、接触时间和共存体系等条件下LDO去除Sb(Ⅴ)和刚果红(CR)的性能。结果表明,煅烧温度对于LDO去除Sb(Ⅴ)和CR的效果具有显著影响,在煅烧温度为500℃时,去除容量分别可达426.4 mg/g和1516.2 mg/g,这是因为高温煅烧后LDO的比表面积和孔隙体积增大,LDO与水溶液接触重建层状结构后具有较强的捕获Sb(Ⅴ)和CR阴离子污染物插入层间的能力;LDO对Sb(Ⅴ)和CR的去除容量在前3 h内增加迅速,之后缓慢增加,在6 h左右时达到吸附平衡,这是因为开始时LDO具有大量活性位点,随着接触时间的延长,Sb(Ⅴ)和CR被积累吸附在其表面并占据了部分活性位点,吸附质需要克服更大的空间位阻才能与吸附剂反应,因此吸附速度变慢,直至LDO表面的吸附位点被完全占据,吸附达到平衡;去除容量随着初始质量浓度的升高逐渐增加,这是因为较高的浓度使吸附质更容易突破液相与固体吸附剂表面间的传质阻力;在共存体系下LDO对Sb(Ⅴ)和CR的去除容量略低于单一体系,这可能与Sb(Ⅴ)和CR竞争LDO浸出的液相Mg^(2+)以及LDO表面吸附位点有关。LDO主要依靠静电引力、络合作用、结晶沉淀以及MgAl-LDH的记忆效应实现对Sb(Ⅴ)和CR的同时高效去除。

离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用法测定西湖水中的痕量Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)

建立了离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(IC-ICP-MS)测定西湖水中的痕量Sb(Ⅴ)和Sb(Ⅲ)的方法。采用Dionex IonPacAS14(4.6 mm×250 mm id)色谱柱,流速1 mL/min,3 mg/L EDTA和0.2mg/L邻苯二甲酸氢钾(KHP)(pH4.7)混合溶液为淋洗液。50μL的进样量时,Sb(Ⅴ)的检出限为0.36μg/L,Sb(Ⅲ)的检出限为1.62μg/L。

氢化物发生-原子荧光光谱法直接测定土壤水溶态Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)

在HCl介质中,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在氢化物发生过程中的化学反应效率不同,通过测定经还原剂还原后和还原前Sb的荧光强度,求解联立方程计算出Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的含量,据此建立了氢化物发生-原子荧光光谱法直接测定土壤水溶态Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)方法,操作简便,实用性强。考察了HCl浓度和KBH4浓度对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)测定灵敏度的影响以及共存元素的干扰情况,并比较了两种还原剂对Sb(Ⅴ)的还原效果。方法检出限为Sb(Ⅲ)1.11ng.g-1,Sb(Ⅴ)1.57ng.g-1。加标回收试验表明方法准确、可靠。

Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在不同吸附剂上的吸附特征

以氢氧化铁、氢氧化铝、高岭土和蛭石4种材料为吸附剂,探究Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附效果,以类比土壤中主要矿物对Sb的吸附作用并进行对比。研究内容包括吸附动力学试验、等温吸附试验及不同背景溶液pH变化下的吸附解吸效应。结果表明:4种吸附剂对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附在振荡24 h后逐渐趋于平稳,蛭石和氢氧化铁对Sb(Ⅲ)的吸附量在6 h达到峰值后出现下降,如氢氧化铁在6 h时对Sb(Ⅲ)的吸附量为23.19μg/g,72 h后降为19.75μg/g,并测定出该悬浮液中Sb(Ⅴ)浓度上升。用Langmuir和Freundlich吸附模型对两种价态Sb的等温吸附曲线进行拟合,两种模型拟合优度均在0.7以上。蛭石和氢氧化铁对Sb(Ⅲ)的吸附效果好于另两种吸附剂,而蛭石对Sb(Ⅴ)的吸附能力较弱;氢氧化铁和氢氧化铝对Sb(Ⅴ)的吸附效果较好,而氢氧化铝对Sb(Ⅲ)吸附效果不理想。随着pH的增加,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附出现明显下降,并且解吸率增加,表现出pH对吸附的显著影响,如高岭土对Sb(Ⅲ)的吸附量由平衡液pH为4.82时的10.12μg/g增加到pH为2.12时的37.89μg/g。

聚乙烯醇增强p(AA-co-CTS)规整吸附介质的制备及对Sb(Ⅴ)的吸附性能

以复配过硫酸钾-抗坏血酸为氧化还原引发剂,丙烯酸(AA)、壳聚糖(CTS)为功能性单体,以聚乙烯醇(PVA)为互穿线型高分子,利用溶剂结晶成孔技术和低温引发聚合制备了具有高强度、规整型吸附介质PVA-p(AA-co-CTS),探究了其对Sb(Ⅴ)的吸附性能。聚合体系最佳配方:AA与CTS总质量分数为7%,其中CTS与AA的质量比为0.18~0.2,PVA的质量分数为1.5%~2.0%,PVA-p(AA-co-CTS)介质整体成型于反应器中,孔隙连续,孔径范围为100~800μm,湿样抗压缩强度为0.48 MPa;孔隙内表面富含的-OH、-NH2及-COOH基团对Sb(Ⅴ)有强吸附能力。最佳吸附工艺为流量6 mL/min,温度293.15 K,初始浓度200 mg/L,最大吸附量76.77 mg/g。当操作温度在293.15 K时,Thomas拟合方程R2=0.9995,KTh=1.7595 mL/(mg·min)。富含功能基团规整型吸附介质通过低温结晶聚合一步成功制备,可取代传统散装吸附树脂、离子交换树脂用于Sb(Ⅴ)的吸附分离。

响应曲面法优化Fe(Ⅲ)改性卡氏变形杆菌吸附去除Sb(Ⅴ)及其机理

水环境中过量Sb(Ⅴ)所引起的环境危害受到越来越多的关注.为了考察工艺参数对铁盐改性生物吸附剂吸附Sb(Ⅴ)效果影响、交互作用及其机理,以Fe(Ⅲ)改性卡氏变形杆菌吸附剂(简称“FMPAs”)为研究对象,采用Box-Behnken响应曲面法对FMPAs吸附处理合成含Sb(Ⅴ)废水的吸附时间、FMPAs投加量、pH、温度及Sb(Ⅴ)初始浓度等因素进行优化,确定了最优吸附条件,并对吸附过程的等温模型、动力学模型及吸附机理进行了研究.结果表明:①FMPAs吸附Sb(Ⅴ)的最优条件为吸附时间3.0 h、FMPAs投加量1910.04 mg/L、pH 2.31、温度45.0℃、Sb(Ⅴ)初始浓度24.80 mg/L,且最优条件下Sb(Ⅴ)的去除率高达97.03%.②FMPAs对Sb(Ⅴ)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,其最大吸附容量(q max)为60.506 mg/g,其吸附动力学过程可采用准一级动力学模型拟合,属于单层吸附和化学吸附.③FMPAs吸附Sb的机理主要为Fe(Ⅲ)改性卡氏变形杆菌生成了Fe-O-OH、Polyose-Fe、Polyose-O-Fe(OH)2等化合物,这些物质中羟基被Sb(Ⅴ)取代生成新的配合物Fe-O-Sb,使Sb(Ⅴ)得到吸附去除.研究显示,FMPAs对Sb(Ⅴ)具有较高的吸附容量,是一种极具潜在应用价值的绿色生物质吸附剂,可用于处理含Sb(Ⅴ)废水.

铁改性凹凸棒土对Sb(Ⅴ)的吸附研究

用不同浓度的Fe Cl3·6H2O溶液对凹凸棒土进行改性,制得铁改性凹凸棒土(IMA),应用傅里叶红外光谱仪、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和比表面积及孔径分析仪对改性前后的凹凸棒土进行表征,消解后用原子吸收光谱仪对IMA表面负载铁量进行测定。以KSb(OH)6为Sb(Ⅴ)锑源、IMA为吸附剂,研究IMA对Sb(Ⅴ)的吸附去除效果。探讨了IMA载铁量、吸附时间、Sb(Ⅴ)初始质量浓度与吸附量的关系。结果表明:凹凸棒土是羟基氧化铁(Fe OOH)的优良载体,IMA对Sb(Ⅴ)的最大吸附量为天然凹凸棒土的8倍以上,IMA对Sb(Ⅴ)的吸附量随载铁量的增加而增大,IMA50吸附Sb(Ⅴ)所需平衡时间约12 h;Elovich模型能较好反映吸附动力学过程,最大吸附量可达36.82 mg/g;吸附等温过程符合Langmuir模型和Freundlich模型,理论最大吸附量可达62.88 mg/g。

不同类型吸附剂去除水体中Sb(Ⅴ)的对比研究

本文对比研究了沸石、酸碱改性沸石、硅藻土、酸改性硅藻土、锰改性硅藻土、水葫芦干粉末、酸碱改性水葫芦干粉末、煤灰、煤渣、稻草秸秆粉末(<40目)、稻草秸秆颗粒(粒径0.5cm)、玉米秸秆粉末(<40目)、玉米秸秆颗粒(粒径0.5cm)、陶粒、铁氧化物改性陶粒等15种吸附材料吸附去除水体中Sb(Ⅴ)的效果。结果表明,在固液比为1 g∶50 m L,初始溶液p H=7.5±0.5,反应温度为25±2℃,震荡速率150 r/min,初始Sb(Ⅴ)浓度为1000μg/L,吸附反应时间为5h条件下,15种吸附材料对Sb(Ⅴ)具有显著不同的吸附效果,吸附量大小依次为煤渣>铁氧化物改性陶粒>锰改性硅藻土>酸碱改性水葫芦干粉末>煤灰>玉米秸秆粉末>酸碱改性沸石>酸改性硅藻土>玉米秸秆颗粒>稻草秸秆粉末>沸石>稻草秸秆颗粒>陶粒>水葫芦>硅藻土。通过对原始吸附材料进行不同改性处理,发现改性后材料相对于原始材料对Sb(Ⅴ)的吸附能力有明显提升,其中锰改性硅藻土、酸碱改性水葫芦和铁氧化物改性陶粒对Sb(Ⅴ)的吸附量分别为48.7、46.6和48.9μg/g。其中,铁氧化物改性陶粒作为一种新型的大颗粒吸附剂,不仅对Sb(Ⅴ)的吸附性能好,而且相对于传统的粉末型吸附剂更易于从被处理水体中取出,避免了吸附剂和目标毒害元素驻留在水体中产生二次释放的环境风险,具有较好的应用潜力。

氢化物发生结合电感耦合等离子体原子发射光谱法测定天然水样中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)

提出了氢化物发生结合电感耦合等离子体 原子发射光谱法(HG ICP AES)测定河水和土壤提取液中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的方法,在pH4.5～5.5的HOAc NaOAc介质中,Sb(Ⅲ)与NaBH4反应生成SbH3,而Sb(Ⅴ)不与NaBH4反应,这样可测出Sb(Ⅲ);而在3.0mol·L-1HCl中,用KI还原Sb(Ⅴ)为Sb(Ⅲ),可测定总锑量。差减法得Sb(Ⅴ)。该方法的Sb(Ⅲ)和总锑检出限分别为0.30和0.63ng·ml-1,河水和土壤提取液的回收率为90%～100%,证明其适用于天然水样中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的检测。

过氧化氢氧化的锑白溶液中SbⅢ,SbⅤ和过氧化氢的测定

报道了在盐酸介质中测定用过氧化氢氧化锑白的溶液中Sb（Ⅲ），Sb（Ⅴ）和过氧化氢的分析方法。利用H2O2既具有还原性又具有氧化性这一特殊性质，用硫酸铈滴定法测定溶液中H2O2和Sb（Ⅲ）的总量，用碘量法测定溶液中H2O2和Sb（Ⅲ）的差量，用硫酸铈滴定法在近沸温度下测定溶液中的总Sb量，最后计算得出H2O2，Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）的量。讨论了滴定温度、H2O2／Sb（Ⅲ）含量的比值并口NaHCO3用量对测定结果的影响。方法用于过氧化氢氧化的锑白溶液中Sb（Ⅲ），Sb（Ⅴ）和过氧化氢的测定，相对标准偏差分别为0．25％，0．28％和0．38％；回收率分别为100．6％～102．5％，97．5％～99．5％和98．6％～99．1％。

Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在蒙脱土表面的吸附与解吸

采取批实验方法研究不同pH值条件下,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在蒙脱土表面的吸附与解吸行为,以及离子强度对吸附行为的影响。结果表明,pH值对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在蒙脱土表面的吸附行为影响显著,pH值在3～10时,随介质pH值的升高,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附均减弱;离子强度对吸附影响不显著,Sb(Ⅴ)的解吸量随吸附介质pH值的增加而增加。

HCO-(Fe_(3)O_(4))_(x)复合吸附剂吸附去除Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的差异及机理

采用共沉淀法将Fe_(3)O_(4)掺杂在富含铈研磨抛光污泥(Hydrous cericoxide,HCO)中制备出一种新型HCO-(Fe_(3)O_(4))_(x)复合吸附剂,分别以Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)为处理对象,考察了Ce和Fe的摩尔比、pH、投加量和时间对HCO-(Fe_(3)O_(4))_(x)吸附除锑的影响,并研究了不同n(Ce)/n(Fe)时的等温吸附模型、吸附动力学和吸附机理。结果表明:当n(Ce)/n(Fe)为1:0.67和1:1、pH为3和2、温度为35℃条件下,HCO-(Fe_(3)O_(4))_(x)对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的最大吸附量分别可以达到46.00 mg/g和58.34 mg/g,能有效去除水中的锑离子;HCO-(Fe_(3)O_(4))_(x)吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)过程均符合Langmuir等温吸附模型和准二级反应动力学模型,以化学吸附为主。EDS、XRD和XPS等表征结果显示:HCO与Fe_(3)O_(4)的复合制备提高了比表面积并形成了FeCe_(2)O_(4)、FeOOH、Fe_(3)O_(4)和Fe2O3等无定型铁氧化物,为吸附过程中Fe-O-Sb和Ce-O-Sb络合物的形成提供了条件,从而促进了Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附去除。

利用PAN-3螯合纤维富集分离微量Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的ICP光谱分析

本文建立了利用 PAN-3螯合纤维富集分离微量 Sb(Ⅱ)和 Sb(V)的 ICP-AES 分析法,研究了 PAN-3对 Sb(Ⅲ)和 Sb(Ⅴ)的定量富集酸度、洗脱酸度、富集介质用量和共存离子的干扰及消除.进行了低浓度 Sb(Ⅲ)和 Sb(Ⅴ)的富集、误差统计和样品分析,获得了满意结果.

Fe^(0)改性厌氧颗粒污泥吸附Sb(Ⅴ)效用及其机理

在UASB动态运行下,Fe^(0)改性颗粒污泥对锑的最高去除率可达99.5%,改性污泥各组分对Sb(Ⅴ)的去除率高于未改性污泥,改性污泥中锑的生物质结合位多于未改性颗粒污泥。除锑后的改性污泥表面出现了大量颗粒状物体;多糖与蛋白质在改性污泥吸附锑时的作用效果相当;改性污泥吸附Sb(Ⅴ)后,出现了FeSb_(2)O_(4)、FeOOH、Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4),反映出Sb(V)与污泥中的铁离子络合形成铁锑共沉物;吸附锑后,改性污泥的Fe2p峰的结合能从711.044 eV与724.642 eV变为711.105 eV与724.703 eV,说明Fe^(0)改性颗粒污泥中的氢氧根被Sb取代,并与O-Fe结合,形成了Fe-O-Sb配位化合物,沉积于颗粒污泥表面,达到除锑效果。

Sb(Ⅴ)在不同类型土壤上的吸附及其影响因素研究

鉴于目前有关Sb土壤环境行为的研究相对不足,通过吸附平衡实验研究了Sb（Ⅴ）在我国35种不同类型土壤上的吸附行为,考察了土壤性质对Sb吸附的影响。结果表明,不同性质的土壤对Sb（Ⅴ）的吸附能力存在很大差异,供试土壤中兴化沼泽土（60～80 cm）吸附量最高,是吸附量最低的韶关赤红壤的10倍。土壤理化性质显著影响Sb（Ⅴ）的吸附量,对土壤理化性质和土壤吸附能力（吸附量和分配系数）进行相关性分析发现,Sb（Ⅴ）吸附量与土壤中水合金属氧化物含量,尤其是氧化锰含量,以及阳离子交换量（CEC）、溶解性有机碳（DOC）、全磷（P）含量显著相关。对土壤众多性质进行主成分分析,并对各主成分与吸附能力之间进行多元逐步回归分析可知,土壤富铁铝化程度、氧化锰、全磷等因子可解释吸附量回归模型变异的75%。

锑矿冶炼区周边土壤吸附Sb(Ⅴ)的行为研究

本文通过吸附平衡和动力学实验方法对Sb(V)在锑矿冶炼区周边土壤表面开展吸附行为研究,用常用的等温吸附模型和动力学吸附模型分别对等温吸附曲线和动力学吸附曲线进行拟合。结果表明:Langmuir与Freundlich模型对荒地土和林地土吸附Sb(Ⅴ)的等温吸附曲线均有较好的拟合效果,拟合系数R^2≥0.988。荒地土对Sb(Ⅴ)的吸附能力大于林地土,其吸附量是林地土的2.9±0.2倍,这与Langmuir模型预测的该两种土壤的吸附倍数相当,荒地土表现出强烈吸附Sb(Ⅴ)的能力,尤其在锑浓度较高的体系中更为明显。结合土壤基本理化性质及矿物学特征,认为土壤秥粒、铁矿物和碳酸钙是影响土壤吸附Sb(V)的主要因素。有机质对土壤吸附Sb(Ⅴ)有一定促进作用,但这种影响只表现在Sb(Ⅴ)初始浓度低的条件下;而在Sb(Ⅴ)初始浓度高的条件下,有机质对土壤吸附Sb(Ⅴ)的影响不明显。土壤吸附Sb(Ⅴ)的过程分为快速吸附和慢速吸附两个阶段,快速反应发生在70 min以内。初始浓度低(0.01 mmol/L)的条件下,Elovich方程能够很好地拟合荒地土和林地土吸附Sb(V)的动态曲线;初始浓度高(2 mmol/L)的条件下,双常数方程对荒地土吸附Sb(V)的拟合效果较好,拟一级动力学方程和拟二级动力学方程则适用于拟合林地土吸附Sb(V)的过程。

改性生物炭吸附废水中Sb(Ⅴ)的特性

为了更好地处理废水中的Sb(Ⅴ),利用三价铝和高锰酸钾对生物炭进行改性,并使用比表面积(BET法)分析、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征改性前后的生物炭。通过对生物炭投加量、反应时间、Sb(Ⅴ)初始浓度、pH值进行研究,拟合分析试验数据,探究3种生物炭的吸附特性与吸附机理。结果表明,25℃下,固液比为1 g∶400 mL,反应时间为4 h,pH值为2时,原炭(BC)、Al^(3+)改性的生物炭(Al-BC)和高锰酸钾改性生物炭(KMnO_4-BC)对Sb(Ⅴ)的最大吸附量分别为4.41、10.48、30.06 mg/g,三者吸附量均整体随pH值的增大而逐渐减小。3种生物炭等温吸附曲线符合Langmuir等温模型,BC和KMnO_4-BC吸附动力学过程遵循拟二级动力学方程,Al-BC吸附符合拟一级动力学方程。生物炭吸附过程为以物理吸附行为主的物理-化学复合过程。BET比表面积分析结果表明,Al-BC比表面积及总孔体积最大,KMnO_4-BC粒径较小且其表面附着的晶体提高其吸附能力。FTIR结果表明,改性前后生物炭表面官能团差别不大。

红壤土对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附特征研究

湖南锡矿山地区的采矿活动使当地水土锑污染严重﹒基于此,本文采用吸附等温和吸附动力学实验方法,结合红壤土基本理化性质,阐明了不同浓度、温度、时间、pH值条件下红壤土对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附特征﹒结果表明:1)随着浓度的增加,红壤土对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附量先增加后趋于平稳﹒2)Langmuir模型能更好地描述红壤土对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附,且吸附过程为发生在均匀表面的单层化学吸附﹒3)吸附动力学拟合结果显示,红壤土在高温时吸附效果好,其对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附反应迅速阶段分别在0~110和0~90 min,且二者的吸附效果差异与Sb离子在吸附剂表面电位以及界面扩散有关;其对Sb(Ⅲ)的吸附均能被准一级动力学方程和准二级动力学方程较好地拟合;其对Sb(Ⅲ)的吸附既有物理扩散也有化学吸附,对Sb(Ⅴ)的吸附主要为化学吸附﹒4)pH值增加不利于红壤土对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附.

氢化物发生-原子吸收光谱法测定锑(Ⅲ)和锑(Ⅴ)

提出在酸性条件下以氟化钠为掩蔽剂测定锑（Ⅲ）,在碱性介质中加入氟化钠消除价态的影响测定锑总量,两者相减求出锑（Ⅴ）,实现对锑（Ⅲ）和锑（Ⅴ）的分别测定。研究了在酸性介质中测定锑（Ⅲ）及碱性介质中测定锑总量的条件及共存离子的干扰和消除。工作曲线的线性范围为：0-20μg·L^-1锑（Ⅲ）;0-80μg·L^-1锑（Ⅴ）,相关系数大于0.999,方法的检出限为0.31μg·L^-1锑（Ⅲ）,0.69μg·L^-1锑（Ⅴ）。对水样和土壤样品进行了测定,相对标准偏差（RSD）小于5%。

PPC和PFS联用去除水源水中Tl和Sb复合污染

为了去除地表水源水加标模拟的重金属铊(Tl)和锑(Sb)复合污染,采用了高锰酸盐复合药剂(PPC)和聚合硫酸铁(PFS)联用强化常规工艺;通过静态烧杯实验和微型移动式平台优化工艺参数,对去除铊和锑复合污染的影响因素(PPC投量、PFS投量和pH)进行分析.实验结果表明,组合工艺可保证水源水在Tl超标2～3倍(0.21～0.35μg.L-1),Sb超标3～4倍(15～20μg.L-1)的场合出水达标,对应的工艺参数是:pH控制在5.7～6.3,PPC投量控制在3 mg.L-1以上,聚铁投量控制在40 mg.L-1以上.PPC和PFS联用强化常规工艺可有效去除地表水源水加标模拟的铊(Tl)和锑(Sb)复合污染,并且PPC投量是影响Tl去除的主要因素,PFS投量和pH是影响Sb去除的主要因素.