鐵氧化物吸附去除水中銻的研究進(jìn)展

1、    鐵氧化物吸附去除水中銻的研究進(jìn)展    羅海翠 周躍飛摘要：以鐵氧化物為對(duì)象，梳理了應(yīng)用不同鐵氧化物為處理材料對(duì)水中銻的吸附去除作用，分析了鐵氧化物吸附去除水中銻的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)熱力學(xué)以及ph值、共存陰離子種類(lèi)等影響因子對(duì)吸附效能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鐵氧化物對(duì)水中銻具有良好的去除作用，不同鐵氧化物與銻的反應(yīng)機(jī)制有所差異，以期為發(fā)掘鐵氧化物在環(huán)境功能領(lǐng)域的潛能以及水中銻污染的治理提供參考。關(guān)鍵詞：鐵氧化物;銻;吸附;去除;機(jī)制中圖分類(lèi)號(hào)：x52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1674-9944（2020）14-0105-031 引言銻

2、（sb）是元素周期表中第51號(hào)元素， 位于第5周期第v主族， 其化學(xué)性質(zhì)與第4周期第v主族的元素砷（as）相似1。我國(guó)作為銻消耗大國(guó)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，過(guò)量的銻被排放到自然環(huán)境中，在空氣、土壤和水體中都檢測(cè)到較高濃度的銻2。銻已被證實(shí)對(duì)人體和生物具有毒性和致癌性，可通過(guò)食物鏈聚集，危害人體健康3。銻具有潛在致癌作用， 值得注意的時(shí)候sb（iii）的毒性遠(yuǎn)高于sb（v） 4， 由此， 飲用水中sb濃度被嚴(yán)格限定， 如美國(guó)環(huán)?？偸鹨?guī)定飲用水中sb濃度上限為6 g/l5。雖然在地殼中銻的豐度較低（約為0.1 mg/kg）， 但人類(lèi)活動(dòng)中的礦山開(kāi)采和工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致局部水體中sb富集， 極大地增加了sb

3、危害人類(lèi)健康的風(fēng)險(xiǎn)6。因此， 開(kāi)發(fā)高效除銻工藝技術(shù)成為環(huán)境工程領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。目前已發(fā)現(xiàn)， 自然條件下銻的遷移和轉(zhuǎn)化主要是由沉淀作用和吸附作用共同控制的，鐵、錳和鋁等的氧化物、氫氧化物形成的礦物被認(rèn)為是環(huán)境中銻的天然螯合劑，鐵氧化物對(duì)sb有氧化脫毒作用和吸附作用， 因此其不僅是自然條件下制約銻地球化學(xué)行為的最主要物相7， 也是潛在的含sb廢水處理材料。目前水鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦以及鐵氧化物與錳氧化物的二元混合物等對(duì)水中sb的吸附去除作用已得到廣泛研究。2 鐵氧化物吸附去除水中銻的研究2.1 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)開(kāi)展了sb吸附的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，watkins等研究認(rèn)為sb（）在

4、針鐵礦表面的吸附為一級(jí)反應(yīng)8。而xi等認(rèn)為是二級(jí)反應(yīng)9。qi等（2016， 2017）認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)10，11。 shan等認(rèn)為sb（）在赤鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)12。mccomb等認(rèn)為sb（）在水鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)13。simeonidis 等（2017）認(rèn)為sb（）在針鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)14。ambe認(rèn)為sb（）在赤鐵礦表面的吸附為二級(jí)反應(yīng)15。qi等認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附為elovich反應(yīng)10，11。2.2 反應(yīng)熱力學(xué)開(kāi)展了sb吸附的熱力學(xué)研究，目前多數(shù)研究認(rèn)為sb在鐵氧化物表面的吸附為單分子層的化學(xué)吸附， 可以用lan

5、gmuir、freundlich或介于二者之間的sips等溫吸附方程進(jìn)行描述。watkins等認(rèn)為針鐵礦對(duì)sb（）的吸附同時(shí)符合langmuir和freundlich等溫方程8， xi等及vithanage等認(rèn)為更符合freundlich等溫方程9.16， guo等則認(rèn)為更符合langmuir等溫方程17。shan等對(duì)赤鐵礦的研究認(rèn)為sb（）在其表面的吸附符合sips等溫方程9。qi等研究認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附符合langmuir或sips等溫吸附方程10，11。tighe等及cai等認(rèn)為水鐵礦對(duì)sb（）的吸附符合freundlich等溫方程18，19。vithanage等認(rèn)為針鐵礦對(duì)

6、sb（）的吸附符合雙langmuir等溫方程16， guo等則認(rèn)為更符合langmuir等溫方程17。qi等認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附可以用langmuir或sips等溫方程進(jìn)行描述10，11。kolbe等研究發(fā)現(xiàn)四方纖鐵礦對(duì)sb（）的吸附符合langmuir等溫方程20。2.3 影響因子制約鐵氧化物吸附sb的因素主要有ph值、背景離子強(qiáng)度、共存陰離子、天然有機(jī)質(zhì)等。ph值影響sb吸附的大致規(guī)律是： sb（）的吸附不受ph值（或隨ph值上升略有增強(qiáng)）的影響， 而sb（）的吸附隨ph值升高而減弱。共存陰離子中硝酸根、硫酸根、碳酸根、天然有機(jī)質(zhì)等對(duì)sb的吸附幾乎沒(méi)有影響， 磷酸根和天

7、然有機(jī)質(zhì)會(huì)在一定程度上抑制sb的吸附1023。此外控制環(huán)境因素還包括氧化還原勢(shì)（eh）、ph值、doc （ha）、有機(jī)和無(wú)機(jī)配體、溫度等，它們直接影響sb在各種吸附劑表面上的吸附。2.4 絡(luò)合機(jī)制探討研究發(fā)現(xiàn)， sb（）與sb（）在鐵氧化物表面均通過(guò)內(nèi)球絡(luò)合作用吸附， 但是， 在絡(luò)合模式上目前尚未達(dá)成一致認(rèn)識(shí)。對(duì)sb（）吸附， 一種觀點(diǎn)認(rèn)為絡(luò)合模式為雙齒雙核（2c） 21，24， 另有學(xué)者認(rèn)為是雙齒單核（2e）。對(duì)sb（）的吸附， scheinost等認(rèn)為絡(luò)合模式為2c， guo等認(rèn)為是2e17，25。 此外， 鐵氧化物自身的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響sb的絡(luò)合模式， 如研究發(fā)現(xiàn)sb（）在磁鐵礦表

8、面具有特殊絡(luò)合模式， 為三齒六核（3c）， 與as（）在磁鐵礦表面的絡(luò)合模式相同， 即sb（）或as（）直接占據(jù)礦物表面的四面體位; sb（）在磁鐵礦表面則具有2e絡(luò)合模式26，27。2.5 氧化還原研究已有研究發(fā)現(xiàn)， 針鐵礦表面吸附的sb（）可以在中堿性條件下迅速釋放， 原因是針鐵礦作為催化劑， 加速了sb（）的氧化， 產(chǎn)物sb（）吸附能力較低， 因此其與fe（）共同向溶液中釋放8，9，17，21。belzile等發(fā)現(xiàn)水鐵礦對(duì)sb（）具有氧化作用， 并且氧化速率符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程28。qi等發(fā)現(xiàn)磁鐵礦中摻雜的cu（）可以氧化sb（） ， kirsch等發(fā)現(xiàn)納米磁鐵礦對(duì)sb（v）具有

9、還原作用11，26?？梢?jiàn)， sb5+/sb3+與fe3+/fe2+具有相近的電極電勢(shì)， sb與fe共存體系中， 既可發(fā)生fe（）氧化sb（）作用， 也可發(fā)生sb（）氧化fe（）的作用， 制約反應(yīng)的主要因素是fe的賦存形態(tài).2.6 鐵氧化物改性有研究發(fā)現(xiàn)， cu（）和ce（）摻雜可以顯著降低磁鐵礦的粒徑， 進(jìn)而提高其對(duì)sb的吸附能力和吸附速率10，11，錳氧化物的存在能有效提高鐵氧化物對(duì)銻的氧化脫毒和吸附作用29。3 結(jié)論鐵氧化物在自然界儲(chǔ)量大，資源豐富，廣泛分布于各種沉積環(huán)境中，在制約重金屬銻的地球化學(xué)行為、催化、氧化等方面具有良好的效能，顯示出鐵氧化物作為水污染治理材料具

10、有很高的實(shí)用價(jià)值，對(duì)合理利用鐵礦資源和除銻技術(shù)開(kāi)發(fā)具有重要意義。參考文獻(xiàn)1黃正玉，寧增平，肖唐付，等.不同類(lèi)型吸附劑去除水體中sb（）的對(duì)比研究j.地球與環(huán)境，2017，45（5）：523530.2許光眉，施 周，鄧 軍.石英砂負(fù)載氧化鐵吸附除銻的研究j.環(huán)境化學(xué)，2006（4）：481484.3吳汯翰.銻在環(huán)境中的形態(tài)變化及生物毒性研究j.節(jié)能，2018，37（8）：8687.4 bencze k. （1994） antimony. in： seiler， h.g.， sigel， a.， sigel， h. （eds.）， handbook on metals in c

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