锰氧化物具有良好的表面活性，是土壤中重金属的重要吸附剂和氧化剂，研究铁锰氧化物对As(Ⅲ)和As(V)的吸附和氧化特性具有重要的理论和实践意义。本文以在试验室条件下合成的水铁矿和水钠锰矿为供试材料，在采用扫" />

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铁锰氧化物对砷的吸附和氧化特性研究

作　者: 王楠
导　师: 梁成华
学　校: 沈阳农业大学
专　业: 农业环境与生态
关键词: 砷锰氧化物铁氧化物氧化吸附
分类号: X703
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

土壤中含有的变价元素和带有表面电荷的铁氧化物的学位论文">锰氧化物具有良好的表面活性，是土壤中重金属的重要吸附剂和氧化剂，研究铁锰氧化物对As(Ⅲ)和As(V)的吸附和氧化特性具有重要的理论和实践意义。本文以在试验室条件下合成的水铁矿和水钠锰矿为供试材料，在采用扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射技术及电位滴定对其物相、形貌及其在溶液中的表面带电情况进行表征和测定后，系统地研究了这2种铁锰氧化物对As(III)和As(V)的吸附能力及对As(III)的氧化性能，以及吸附剂投加量、反应时间、pH、砷初始浓度、离子强度和温度等因素对其吸附和氧化性能的影响，主要研究结果如下：水钠锰矿与As(Ⅲ)的反应过程比较复杂，As(III)被氧化的同时还伴随着δ-MnO2对As(III)和As(V)的吸附和固定作用。在25℃，pH6.0条件下，有90%的As(III)(1.0mg/L)被δ-MnO2转化，其中有49%被δ-MnO2吸附，10%被固定。增加δ-MnO2的投加量会促进As(III)的转化以及对各形态砷的吸附。大部分加入的As(Ⅲ)（1.0mg.L-1）在反应的数分钟内就可被锰氧化物氧化。氧化产物As(V)的释放速度也相当快，但还原产物Mn（II）的释放速率则相对较慢。在反应的90min内，当初始浓度分别为0.5，1.0，5.0，10.0，15.0mg.L-1时，As(Ⅲ)吸附率可分别达到93.59，92.56，92.31，89.15和87.17%。溶液的pH值对锰氧化物氧化As(Ⅲ)的影响较大，当pH较低时，As(III)的氧化量会随pH值的升高而逐渐下降，达到最低值后，又随pH的升高表现出较大幅度的增加。As(III)的氧化效率随着As(III)初始浓度的增加而降低，但对As(III)和As(V)的吸附量具有随As(III)初始浓度的增加而提高的趋势。升高pH有利于锰氧化物对还原产物Mn（II）的吸附，但不利于As(Ⅲ)的氧化和对氧化产物As(V)的吸附。温度是影响水钠锰矿对As(Ⅲ)的吸附和氧化的重要因素，升高温度对氧化反应不利，而对吸附反应有利；锰氧化物对总砷的吸附和氧化受不同离子强度的影响也较为明显，升高离子强度可抑制As(Ⅲ)氧化反应的进行。水铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附速率随着投加量的升高而加快，在同一投加量条件下，砷的初始浓度越低，吸附速率越快。抛物线扩散方程能够较好地描述As(Ⅲ)的吸附动力学过程，水铁矿对As(Ⅲ)的吸附更倾向于扩散层模式机制。对于As(V)来说，双常数方程和Elovich方程的拟合效果较好，而抛物线扩散方程和准一级动力学方程相对差一些。在不同pH条件下，水铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量均随投加量的增加而下降，随砷初始浓度的升高而增大，但水铁矿对As(Ⅴ)的去除率在相对较低的吸附剂投加量和较高的As(Ⅴ)初始浓度条件下受pH的影响更为明显。As(Ⅲ)的吸附量在整个pH范围内变化不大，而对于As(Ⅴ)当pH<7时，其吸附量没有发生明显变化，但当pH>7时，吸附量则迅速下降。水铁矿对As(Ⅴ)的吸附在酸性或中性条件下较高，而碱性条件则不利于As(Ⅴ)的吸附。水铁矿对As(Ⅲ)的吸附用Langmuir方程的拟合效果要优于Freundlich等温方程；As(Ⅴ)的等温吸附数据在酸性和中性条件下用Langmuir方程拟合较好，但在碱性条件下差一些。总的来说，使用Langmuir方程能够更好地描述水铁矿在不同pH条件下对As(Ⅲ)或As(Ⅴ)的吸附规律。从Langmiur等温方程计算得出，水铁矿对As(Ⅲ)的吸附在pH6时获得最大吸附量为45.67mg/g，而对As(Ⅴ)是在pH7时获得最大吸附量为22.12mg/g，这与之前不同投加量和不同砷初始浓度条件下pH对吸附的影响规律一致。在铁锰氧化物共存体系中，当As(Ⅲ)初始浓度较低时，水铁矿本身并不氧化As(Ⅲ)，体系氧化能力的增强是通过水铁矿对氧化生成的As(Ⅴ)的吸附作用实现的，且在较低pH条件下，水铁矿对As(Ⅲ)氧化的促进作用更为明显。当As(Ⅲ)初始浓度较高时，水铁矿的专性吸附作用占优势，对As(Ⅲ)氧化的促进作用减弱。

全文目录

目录  4-10
摘要  10-12
Abstract  12-14
第一章文献综述  14-36
  1.1 砷及砷化物的理化性质  14-15
  1.2 土壤环境中砷的含量与来源  15-17
    1.2.1 土壤环境中砷的背景值  15-16
    1.2.2 土壤环境中砷的来源  16-17
  1.3 土壤环境中砷的污染  17-19
    1.3.1 砷及砷化物的毒性  17-18
    1.3.2 砷对人体健康的危害  18
    1.3.3 砷对植物的影响  18-19
  1.4 砷的环境质量标准  19-20
  1.5 氧化物的学位论文">铁氧化物对砷的吸附研究进展  20-24
  1.6 锰氧化物的研究进展  24-34
    1.6.1 土壤中氧化锰矿物的类型  24
    1.6.2 氧化锰矿物的表面化学性质研究进展  24-25
    1.6.3 氧化锰矿物的吸附特性  25-29
    1.6.4 氧化锰矿物的氧化还原特性  29-30
    1.6.5 锰氧化物对砷的吸附与氧化研究进展  30-34
  1.7 课题研究的目的、意义和研究内容  34-36
    1.7.1 研究目的及意义  34
    1.7.2 研究内容  34-36
第二章铁锰氧化物的制备、表征和电荷零点测定  36-40
  2.1 铁锰氧化物的制备  36
    2.1.1 铁氧化物的制备  36
    2.1.2 锰氧化物的制备  36
  2.2 铁锰氧化物结构表征的分析方法  36
    2.2.1 扫描电镜 (SEM)分析  36
    2.2.2 X-射线衍射 (XRD)分析  36
  2.3 铁锰氧化物的结构表征  36-38
    2.3.1 扫描电镜 (SEM)分析  36-37
    2.3.2 X—射线衍射 (XRD)分析  37-38
  2.4 电荷零点的测定  38-39
  2.5 数据分析方法  39-40
第三章锰氧化物对 As(III)的吸附和氧化特性研究  40-56
  3.1 材料与方法  40-42
    3.1.1 反应时间对砷吸附及氧化特征的影响  40
    3.1.2 解吸试验  40
    3.1.3 锰氧化物投加量对砷吸附解吸及氧化特性的影响  40
    3.1.4 As(Ⅲ ) 初始浓度对吸附解吸及氧化特征的影响  40
    3.1.5 酸度改变对吸附解吸及氧化的影响  40-41
    3.1.6 温度对锰氧化物吸附、解吸及氧化砷离子的影响  41
    3.1.7 离子强度对锰氧化物吸附解吸及氧化砷离子的影响  41
    3.1.8 测定方法  41
    3.1.9 数据分析  41-42
  3.2 结果与讨论  42-54
    3.2.1 反应时间对砷吸附解吸及氧化特征的影响  42-46
    3.2.2 投加量对水钠锰矿吸附和氧化 As(Ⅲ ) 的影响  46-48
    3.2.3 As(Ⅲ ) 初始浓度对吸附解吸及氧化特征的影响  48-49
    3.2.4 pH 对吸附解吸及氧化特征的影响  49-52
    3.2.5 温度对水钠锰矿吸附解吸及氧化 As(Ⅲ ) 的影响  52-53
    3.2.6 离子强度对水钠锰矿吸附解吸及氧化 As(Ⅲ ) 的影响  53-54
  3.3 小结  54-56
第四章铁氧化物对 As(Ⅲ ) 和 As( Ⅴ) 的吸附研究  56-68
  4.1 材料和方法  56
    4.1.1 不同投加量和不同 As 初始浓度条件下铁氧化物对 As(Ⅲ ) 或 As(Ⅴ)的吸附动力学以及 pH 对吸附的影响  56
    4.1.2 不同 pH 条件下铁氧化物对 As(Ⅲ ) 或 As(Ⅴ)的等温吸附  56
  4.2 结果和讨论  56-66
    4.2.1 接触时间对水铁矿吸附 As(Ⅲ ) 和 As(Ⅴ ) 的影响  56-61
    4.2.2 pH 对吸附的影响  61-63
    4.2.3 等温吸附  63-66
  4.3 小结  66-68
第五章铁锰氧化物共存体系对 As(Ⅲ ) 的吸附和氧化  68-78
  5.1 材料和方法  68
    5.1.1 不同 As(Ⅲ ) 初始浓度条件下铁锰氧化物对 As(Ⅲ ) 的吸附和氧化  68
    5.1.2 不同 pH 条件下铁锰氧化物对 As(Ⅲ ) 的吸附和氧化  68
  5.2 结果与讨论  68-75
    5.2.1 不同 As(Ⅲ ) 初始浓度条件下铁锰氧化物对 As(Ⅲ ) 的吸附和氧化  68-72
    5.2.2 不同 pH 条件下铁锰氧化物对 As(Ⅲ ) 的吸附和氧化  72-75
  5.3 小结  75-78
第六章结论  78-80
参考文献  80-94
致谢  94-95
攻读学位期间发表文章  95-96

铁锰氧化物对砷的吸附和氧化特性研究

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