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河道中运用吸附法去除水中砷的研究进展

北极星环保网  来源:《治淮》  作者:季俊杰等  2017/11/11 12:36:44  我要投稿  
所属频道: 环境修复  关键词:水体As污染 砷污染 吸附法

北极星环保网讯:1前言

近年来,我国砷污染事件频发,对地下水以及河流造成了严重污染。虽然沉淀法除砷技术应用较为广泛,但是沉淀物含有As、Fe等元素,易发生二次污染;膜处理法处理效果好,但存在着投资运行成本高、膜易被污染等缺点。相比上述方法,吸附法具备操作简单、运行稳定、不产生二次污染等优势,且吸附材料来源广泛、可重复使用,很多学者正在开展吸附法治理水体As污染研究。

河道中运用吸附法去除水中砷的研究进展

图片来源于网络

2天然材料吸附

2.1壳聚糖

壳聚糖作为一种天然多糖类物质,因其具备阳离子交换性以及含有氨基可去除As(V),其机制为R-NH3++H2AsO4-<=>R-NH3˙H2AsO4。此外,壳聚糖负载硅酸盐后可在pH=3条件下选择性地吸附As(V),在此条件下,壳聚糖中的氨基处于质子化状态,As(V)主要以H2AsO4-的形式存在,有利于离子交换作用的发生。

2.2沸石

沸石是由硅氧四面体[SiO4]和铝氧四面体[AlO4]通过共享氧原子连接而成的硅铝酸盐晶体。研究表明合成的H-MFI-24和H-MFI-90两种沸石对As(V)最大理论单层饱和吸附容量分别为35.8mg/g和34.8mg/g。此外,用P、La、Ce、Fe分别对斜发沸石、天然沸石(其组分为[Na2O]:[0.4K2O]:[0.6CaO]:[2.9Al2O3]:[18.3SiO2]:[3.2H2O])、P沸石和天然沸石凝灰岩进行改性,均能提高对As(III)的去除能力,其中变化最明显的是P改性的斜发沸石,它对As(III)的吸附容量较改性前提高6倍。

2.3天然矿物

赤铁矿和菱铁矿可作为吸附剂来去除饮用水中的As,研究表明,菱铁矿的吸附效果优于赤铁矿,主要原因是菱铁矿颗粒表面形成的Fe(III)氧化物起到了良好的吸附作用。此外,用Fe(II)纳米管对硅铝酸盐进行改性,使其表面负载有铁氢氧化物,可将其吸附量从0.5mg/g增加至20mg/g以上。红外光谱的结果表明,吸附了As(V)的改性矿物表面出现大量As—-O振动峰,从而证明了改性矿物的吸附性能的改善。2.4活性炭

活性炭不仅具有丰富的孔隙结构和巨大的比表面积,还含有大量羧基、羟基、酚羟基、醌型羰基等官能团。近年来,人们用Fe、Cu、Zr改性的活性炭来吸附As(III)和As(V),其中Fe(III)改性的活性炭吸附效果最好。研究表明活性炭中Fe(III)含量从9.4%增到16.9%,其Langmuir饱和吸附量为51.3mgAs(V)/g和38.8mgAs(III)/g。但是天然吸附材料也存在颗粒强度小,易破碎,吸附效果不佳等缺陷,在一定程度上限制了其实际应用。

3生物质/体吸附

有些生物由于本身或驯化而对砷有一定的耐受性,可通过离子交换、表面络合、氧化还原和无机微沉淀等原理将As(III)和As(V)从水中去除。除利用传统的活性污泥除As(III)和As(V)之外,也可以利用霉菌、植物提取物、纤维素和一些农林废弃物吸附去除As(III)和As(V)。研究表明氧化铁涂层的黑曲霉菌对砷的吸附容量分别为880μgAs(III)/g和1080μgAs(V)/g。此外,将厌氧微生物负载到活性氧化铝上可去除37%的总砷,主要以As(III)的形态被厌氧微生物吸附。老化的生物过滤器也可以去除地下水中的砷,其过程为As(III)先氧化为As(V),而后被吸附。然而,微生物代谢产物可能会影响水质,且吸附时间较长,不适用于突发性污染的应急治理。

4树脂吸附

4.1阳离子交换树脂

Amberlite200CT树脂负载Ce(III)后可有效吸附As(III),最大吸附量达到0.4592mol/kg,而负载Fe(III)的200CT树脂可有效吸附As(V),吸附量达到1.450mol/kg。此外,采用浸渍法将铈负载到阳离子树脂上,其对As(III)和As(V)的吸附速率常数分别为0.3159g/mg˙min-1和0.5215g/mg˙min-1,用0.5mol/L的氢氧化钠溶液可以进行有效脱附,脱附后的吸附量仍可达到原来的97.8%[As(V)]和69.61%[As(III)]。

4.2阴离子交换树脂

负载了N-甲基-D-葡糖胺基的纳米复合离子交换树脂,可在磷酸盐和硫酸盐的存在下,选择吸附As(III),吸附容量达到55mg/g。填充聚丙烯酰胺树脂的吸附柱可快速去除水中的As(V),其高吸附选择性得益于树脂氨基与As(V)发生作用。此外,将非晶态氢氧化铁纳米颗粒负载至强碱性阴离子树脂表面也可以吸附砷,且Fe(III)原位沉淀法制备的树脂对As(V)的吸附效果要优于KMnO4/Fe(II)处理法改性的树脂。研究还发现负载MnO2的聚苯乙烯型阴离子树脂对As(III)和As(V)有较高的动态穿透吸附容量,分别为53mg/g和22mg/g。

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