天然锰砂去除水中的砷

Posted 2023-01-13 过程

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摘要：天然锰砂是一种廉价、高效的水处理用材料,但尚未用于水中砷的去除。实验研究了反应时间、砷形态、初始砷浓度、温度、溶液初始pH对吸附过程的影响。结果表明,天然锰砂对As(Ⅲ)的吸附能力大于As(Ⅴ)。25℃时,固液比为10 g/L的条件下,天然锰砂对初始浓度为5.0 mg/L的砷溶液吸附过程经72 h基本达到平衡,平衡时对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别达到94.5%和85.9%。吸附过程符合Lagergren准一级反应动力学模型和假二级反应动力学模型。相比之下,假二级动力学模型拟合程度更高。对As(Ⅲ)和As(Ⅴ),45℃时的吸附量均大于25℃时。不同温度下,天然锰砂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。在溶液初始pH为3～10范围内,锰砂对砷的吸附能力受pH的影响较小。实验结果表明,天然锰砂是一种具有实际应用潜力的除砷材料。

天然过程所致的原生高砷地下水是当前国际社会面临的最严重的环境地质问题之一。长期饮用高砷地下水会引起皮肤癌、肾癌、肺癌等严重疾病。实际水环境中砷的主要形态是无机砷As(Ⅲ)和As(Ⅴ)并且前者的毒性更大，约为后者的60倍。然而，通常情况下高砷地下水中砷以As(Ⅲ)为主，其含量可占总砷的96%。

吸附法是一种常用的除砷方法。常见的吸附剂，如铁铝氧化物、活性炭、功能树脂等，其表面因存在有正电荷，对以非离子形态存在的As(Ⅲ)缺少静电引力而吸附效果不佳。针对这一问题，开发兼备氧化与吸附功能的除砷材料成为本领域研究的热点。不少新型吸附剂已经被开发出来，如铁锰复合氧化物、钛改性锰矿、纳米二氧化钛、改性菱铁矿等。然而，这些吸附剂都存在技术过程复杂、工艺成本过高等问题，对实际应用造成一定限制。。

锰砂是一种常见的用于水处理的天然矿物材料，被广泛地应用于去除水中铁、锰。天然锰砂来源广泛、价格低廉，以锰、铁为主要成分，在单位体积内具有较大的表面积，同时具有很好的氧化催化作用，这些特征十分符合去除水中砷的要求。本文在不对天然锰砂做任何人工处理的条件下，研究其对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能，以期获得能同时有效去除As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的廉价吸附剂，并对后续的深入研究和实际应用提供理论基础和可靠数据支撑。

1实验部分

1.1材料与试剂

HZ-280恒温振荡培养箱、赛多利斯分析天平、电感耦合等离子体发射光谱仪超纯水机、比表面及孔结构分析仪、PH测定仪等。

实验用天然锰砂的XRD测试结果显示，该材料的主要矿物成分有'石英、方铁锰矿、黑铁锰矿、黑锌锰矿、针铁矿、斜方钙沸石等。

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