不同载体的除砷吸附剂研究进展
胶体对砷的吸附作用及其影响因素研究现状与进展-黄臣臣
胶体对砷的吸附作用及其影响因素研究现状与进展（黄臣臣2016021377）摘要：砷因其具有极强的毒性和致癌作用引起全世界的关注。
土壤胶体由于其独特的性质，是土壤环境中重要的污染物吸附和运输载体，对砷的分配和运移起到关键的作用。
因此，本文主要从土壤胶体的基本性质；不同形态As的吸附；影响As吸附的因素，如pH、Eh、土壤有机碳，重点分析共存离子对As的吸附作用；As吸附研究中应用的技术和模型，如傅里叶红外光谱、表面络合模型等几个方面，对共存离子对砷在土壤胶体上吸附的影响进行论述。
由于实验控制条件的差异，各个因素对砷在胶体上的吸附影响研究结果不同，大部分学者认为磷酸根、硅酸根、硝酸根等共存离子会与磷酸产生竞争作用而降低其吸附量，但仍有研究表明，共存离子对胶体结合态砷没有影响，由此可见，要清楚其中缘由，还需要结合室内室外、微观及宏观实验进一步深入研究。
关键词：土壤胶体砷共存离子竞争吸附红外光谱Abstract：As is of concern byall over the world due to its highly toxic and carcinogenic . Soil colloids is an important pollutants adsorption and carrier in soil environmentbecause of its unique characteristics, which play a key role in the arsenic distribution and migration. Therefore, this article mainly discuss the basic properties of soil colloid, adsorption of different forms of As. The factors that influence the adsorption of As, such as pH, Eh, soil organic carbon, mainly focuses on the analysis of coexisting ions on As adsorption. Moreover, topics for technology and model application in the study of arsenic adsorption are also given, such as Fourier transform infrared spectroscopy and surface complexation. The essay tries to expound the effects of concomitant ions on the As adsorption process in soils colloid from the above-mentioned several aspects. Due to the differences of the experimental conditions, the influence of various factors on the adsorption of arsenic on colloids is different. Most scholars believe that the phosphate, silicate, nitrate and phosphate coexistions will have competitive effects and reduce its adsorption capacity, but coexisting ions have been found to be limited or insignificant. Thus, it is necessary to do some further research combine indoor and outdoor, micro and macro experiments tounderstand the reasons.Keywords: soil colloids, arsenic, coexisting ions, competitive adsorption, infrared spectroscopy1.引言砷具有极强的毒性和致癌作用，无机As(Ⅲ)和As(Ⅴ)被认为是一级致癌物质。
饮用水中砷去除技术的研究现状与展望
饮用水中砷去除技术的研究现状与展望摘要：近年来，水体砷污染已成为一个全球性的环境问题，采取有效的方法去除饮用水中的砷已受广泛关注。
文章重点综述了各种去除饮用水中砷的技术方法，包括混凝沉淀、吸附、离子交换生物技术、压力膜技术等，并就目前饮用水除砷技术的现状提出了展望。
关键词：砷污染，饮用水，吸附，离子交换，除砷1前言砷在饮用水中通常以无机砷离子的形式存在，其中2种最主要的价态分别是A(Ⅲ)和A(V)。
砷化合物有剧毒，容易在人体内累积，造成慢性砷中毒。
长期饮用含高浓度无机砷的水的人群易患有皮肤病、周围血管病、高血压以及癌症等疾病[2]。
近年来，在一些国家，尤其是在孟加拉国、中国以及蒙古的饮用水源中均发现能导致人体急慢性中毒的砷。
我国新修订的生活饮用水卫生标准(GB5479—2006)规定，从2007年7月113起，饮用水中砷的最大允许浓度从50g/L降低为10μg/L。
据调查，按照新的生活饮用水卫生标准，中国水砷中毒危害病区的暴露人数高达1500万之多，已确诊患者超过数万人。
因此，研究符合中国国情的饮用水除砷技术就显得尤为重要。
为此，本文综述了近年来国内外饮用水除砷技术的研究现状，并指出了其中存在的问题和今后的研究方向。
2饮用水中砷去除的技术方法自然水系中，存在有机砷和无机砷。
其中无机砷主要以A3+和A5+存在，具体存在形式取决于水体的氧化还原电位和pH。
在氧化环境如地表水中，砷主要以五价态存在，如(H2AO4-，HAO42-)；在还原环境如地下水中，则主要以三价砷(如H3AO3)存在。
有机砷的主要存在形式是甲基胂酸(DMA)和甲基胂酸(MMA)。
其中，DMA是暴露在机砷环境中的动物和人类的主要代谢产物。
有机砷和无机砷在一定条件下可以相互转化，厌氧条件下，砷酸盐通过甲烷菌中甲基钴氨素作用，此时砷酸盐被还原，同时甲基化而生成二甲基胂酸[3]。
目前砷的去除有多种方法，其中混凝沉淀、吸附、离子交换、生物技术、膜法等是主要方法。
一种新型砷吸附剂的制备与性能研究
脂可将水 中 １ ｇＬ的砷含量 降至 ００ ｍ ／ ｍ／ ．１ ｇＬ以下 ， 并可用稀盐酸再生 ， 再生率达 ９ ％。 ４
关键词 ： 砷 树脂 螯合树脂 吸附 吸 剂
水 中含 砷 是 一 种 重 要 的 污 染 物 ， 造 成 人 类 患 肺 是
采用硝 酸银滴定法测定水 中氯根离子 ；
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去 离 子水 ， 自制 。
１２分析方法 ．
采用 Ａ Ｄ Ｃ光 度 法 测 定水 中砷 含 量 ； ￣Ｄ
维普资讯
２Ｏ Ｏ６年 ６月
一 种 新 型 砷 吸 附剂 的制 备 与性 能 研 究
４１
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图 １ ＦＣ３ 度 对 Ｄ ０ 除 砷 的 影 响 ｅｌ浓 ４１
图 ２ １０ ） １除砷 与 ＦＣ３ 泡 时 间 的关 系 ４ ｅ ｌ浸
２２ Ｆ（ 改 性 Ｄ ０ 树 脂 除 砷 ．．ｅ Ⅲ） ４１
２ １ Ｆ（ １改 性 Ｄ ０ 整合 树 脂 的制 备 ．．ｅ Ｈ） ４１ ２ １ １树 脂 的 预处 理 ．． ． 连 续 用 乙 醇 、％Ｎ Ｏ ５ Ｈ １ 去 离 子 水 将 １ ０ ５ ａ Ｈ、％ Ｃ 和 ） １ ４ 螯 合 树 脂 洗 涤 到 洗 脱 液 的 ｐ 为 ６ 然 后 将 Ｄ ０ 螯 合 Ｈ 。 ４１ 树 脂 和 ５ 树 脂 体 积 的 １％ Ｆｃ 倍 ０ ｅｂ溶 液 在 室 温 下 于 恒 温 水 浴 内恒 温 并 以 １０／ ｉ 拌 进 行 反 应 ８ ０ ｒｒｎ搅 ａ ｈ后 ， 去 离 用 子水洗至检测不出金属离子为止。 ２ １２树 脂 的活 化 处 理 ．．． 将 树 脂 和 ５倍 树 脂 体 积 的 １％ｒＣ ０ ｅ ｈ溶 液 在 室 温下 用恒 温水 浴 锅 恒 温 ， 用 搅 拌 机 以 １５次／ ｉ 拌 反 并 ０ ｍｎ搅 应 ８ 后 ， 去 离 子 水 洗 至 检 测不 出金 属 离 子 为 止 。 ｈ 用 ２ １３ 树 脂 的 最 佳 改 性 条 件 ．． ．
载铝多孔沸石的制备及其对水中砷的吸附研究
（． １ 北京师 范大学水科 学研 究院，水沙科 学教 育部重点实验室 ，北京 １０ ７ ０８５
２ ．北京师 范大学核科 学研 究院，北京 １０ ７ ） ０ ８５
吸附剂及其研究现状
待于进一步研究，但由于其具有操作方便且效率高，能耗低，处理
对象所受局限性较小，若处理工艺完善，可避免二次污染等优点， 是一种发展潜力较大的方法。
• 中科院山西煤化所在活性炭上担载金属制备出双功能吸附--催化剂，使得所
吸附的有机物在较低温度下便能被氧化分解，且氧化速率显著加快。活性炭 吸附--原位催化芳香化合物不仅使有机物的去除耗能较少，而且还可以有效 的减少活性炭在高温时的烧蚀和异地氧化时频繁装卸造成的损耗，有望在该 领域成为一种经济有效的再生散在水介质中，在较温和的条件下就具有较高的反应性能，可以用比
较简单的方法将其改性和转化；淀粉还极易被酸或酶部分或全部水解成低聚 糖或单糖，这些水解产物又可进一步衍生成更多的有机化合物。 而且淀粉资 源丰富、 价格低廉，因此世界各国都十分重视对淀粉的研究、开发和利用。 淀粉衍生物在水处理中的应用主要是作为重金属离子、CrO42-以及酚类物质的 吸附剂，此外还可作为染料废液处理剂。
4 、改性纤维素类吸附剂
•
纤维素是地球上最丰富的、可以恢复的天然资源， 具有价廉、 可降解并对环境不产生污染等优点，纤维 素的化学改性研究大致可归结为三个主要方向： （1）利用一般酯化和醚化的方法； （2）利用有机化学改性的方法； （3）利用接枝共聚的方法。 目前改性纤维素类吸附剂主要用于去除水体中的 Cu2+、Mn2+、 Co2+、 Fe3+、 Pb2+、 Hg2+、 Cd2+等重金属 离子以及印染废液中的直接染料、酸性染料等阴离子型染料，并均取得很好地处理效果，而且容易脱附再 生。 但是，纤维素吸附剂多为粉状或微粒状，孔结构不理想，限制了其使用。而球形纤维素吸附剂不仅具有疏 松和亲水性网络结构的基体，可以控制孔度、粒度，并具有比表面积大、通透性好和水力学性能好等优点， 易于处理并适合柱上操作，已引起了国内外很多科研工作者的兴趣。
砷污染水体中砷的迁移和转化机理研究
砷污染水体中砷的迁移和转化机理研究随着工业化和城市化的发展，地下水、河流、湖泊等自然水体中的砷污染问题日益突出。
砷是一种有毒重金属，容易被人体吸收，对人体健康和生态环境都有很大影响。
因此，砷污染水体中砷的迁移和转化机理的研究变得越来越重要。
一、砷在水环境中的形态和迁移转化砷在水环境中主要以四种形态存在：无机砷(V)、无机砷(III)、有机砷和元素砷。
其中，无机砷(V)、无机砷(III)占主导地位，有机砷和元素砷相对于前两者来说含量极少。
在水体中，砷主要通过化学沉淀、微生物还原、离子交换等方式实现迁移转化。
其中，化学沉淀是一种重要的砷去除方式，通过添加沉淀剂使污染水体中的砷与沉淀剂结合而沉淀下来。
而微生物还原则是指通过微生物作用将无机砷(III)还原为元素砷或有机砷，从而达到去除砷的效果。
离子交换是指通过离子交换树脂、纳米材料等吸附剂将水中的砷离子吸附下来，达到去除砷的效果。
二、常见砷污染水体中砷的迁移和转化机理1、土壤-水界面砷的转移土壤-水界面砷的转移主要包括土壤沉积物-水相界面和土壤矿物-水相界面两个方面。
研究表明，土壤矿物和有机物对砷的吸附能力比较强，而沉积物中含有大量的砷，也会对水体中的砷起到吸附作用。
因此，土壤-水界面的砷迁移主要是通过吸附作用实现的。
2、湖泊中砷的分配湖泊中砷主要分布在底泥、水体中和悬浮颗粒物中。
其中，底泥是湖泊中固态相中砷的主要载体，其砷含量一般较高。
湖泊中悬浮颗粒物中的砷含量相对较低，但是它们对水体中砷的迁移和转化具有重要意义。
因为它们能够在水体中吸附砷，或者在水体中被化学反应转化成其他形态的砷。
3、地下水中砷的迁移和转化地下水中砷的迁移主要是通过以下途径实现的：砷在水体中的迁移和转化主要受到地下水流动速度、岩石和地下水之间的化学作用以及水体成分的影响。
研究表明，地下水中砷主要以重金属氧化物的形式存在，砷在地下水中的浓度受到季节变化、地层埋深等多种因素的影响。
三、砷污染水体中砷的治理在砷污染水体中，针对不同形态的砷，治理方法也不同。
铝改性SBA-15介孔材料在砷吸附去除中的应用及吸附机理
铝改性SBA-15介孔材料在砷吸附去除中的应用及吸附机理全球水体中砷污染的形势已十分严峻,开展砷污染水体的治理工作已刻不容缓。
吸附法是水体中砷污染去除的一种重要手段,具有经济安全、简单易行、吸附效果好、不产生或很少产生二次污染、环境友好等优点,因而受到相关人士的普遍关注。
SBA-15由于其规整的介孔孔道、较高的比表面积和合适的水热稳定性等优点而非常适用于吸附剂体系。
但纯SBA-15的表面是电中性和化学惰性的,不具备吸附砷的能力,必须对其进行改性以提高砷的吸附性能。
考虑到活性氧化铝对砷的高效吸附性能,本论文将着重考察铝的掺杂对SBA-15的改性(Al-SBA.15),系统研究了介孔Al-SBA-15对水溶液中As(V)的吸附行为和吸附特征,考察了焙烧温度和铝负载量对A1-SBA-15材料微观结构和物理化学性质的影响,及与As(V)吸附的关联,在此基础上深入的研究了Al-SBA-15上As(V)吸附的机理。
本研究所取得的结论(成果)归纳如下：1.A1-SBA-15对As(V)的吸附中,铝氧化合物才是As(V)去除的活性吸附物种,SBA-15起载体的作用,它较大的比表面积和孔体积有利于铝氧化合物的高度分散以提供更多的活性位,而且其规整的介孔孔道有利于吸附质五价砷离子(或分子)的顺畅通行。
Al-SBA-15材料上存在不同铝配位环境的铝氧化合物(A1O6, A105, AlO4, AlO3),这些铝氧化合物可产生数量巨大的终端A1-OH功能基团和不同的酸性中心,正是这些终端Al-OH和酸性中心共同组成了Al-SBA-15上As(V)吸附的活性中心。
2.考察了焙烧温度对Al-SBA-15吸附剂样品物理化学性质的影响,及与As(V)吸附的关联,得出最佳的焙烧温度是400℃。
焙烧是吸附剂制备中一个重要的环节,它有效地促使铝硝酸铝前驱体的完全分解,保证了Al-SBA-15材料上铝氧化合物的成功形成。
高温煅烧一方面导致了Al-SBA-15材料比表面积和孔体积的严重下降,和介孔孔道的部分坍塌；另一方面不仅促使了终端Al-OH的脱羟基脱水反应,而且使A104上的Br(?)nsted酸性质子的直接断裂或与临近的-OH发生不完全脱水反应,从而使铝往低配位环境转化,使Al-SBA-15材料的酸性中心数量下降。
砷污染治理及其资源化的研究
3、推广清洁生产技术
在工业生产领域推广清洁生产技术，减少含砷废水、废气和废渣的排放。加 大对燃煤行业脱硫脱硝技术的研究和应用，降低砷在烟气中的含量。同时，加强 采矿、冶金、化工等行业的废水处理和循环使用，降低砷的排放。
4、加强环保意识
通过宣传教育、知识普及等方式，提高公众对砷污染治理的环保意识。支持 社会组织参与砷污染治理，发挥社会监督作用。同时，加强企业环保文化建设， 推动企业自觉履行环保责任。
总之，砷污染治理及其资源化研究具有重要的现实意义和理论价值。通过深 入研究和探索，有望为解决砷污染问题提供更加有效的解决方案，实现环境保护 和可持续发展的双重目标。快速发展，砷污染问题日益严重。砷是一种有毒元素，对 人体和环境具有极大的危害。因此，研究砷污染治理及砷资源回收利用的清洁生 产新技术具有重要意义。本次演示将介绍近年来砷污染治理和砷资源回收利用的 研究进展，并探讨新的清洁生产技术在其中的应用前景。
4、资源回收技术：资源回收技术通过将废液中的砷进行回收利用，实现资 源的有效利用。该技术包括离子交换、萃取等方法，具有降低处理成本、提高资 源利用率等优点。
结论
砷污染治理及砷资源回收利用的清洁生产新技术研究具有重要的现实意义和 广阔的应用前景。通过对新技术的不断研究和优化，可以进一步提高砷污染治理 的效果和效率，降低处理成本，减少对环境的影响，同时实现资源的有效利用。 随着科技的不断发展，相信未来的砷污染治理和砷资源回收利用技术将更加环保、 高效、经济，为人类和环境的可持续发展做出更大的贡献。
我国砷污染现状与治理砷建议
随着我国工业化和农业现代化的快速发展，砷污染问题逐渐引起人们的。砷 是一种有毒元素，对人体和生态环境都具有极大的危害。本次演示将围绕我国砷 污染现状与治理砷建议展开讨论，以期为相关研究和治理工作提供参考。
载铁棉纤维素吸附剂固定床去除地下水砷
第56卷 第9期 化 工 学 报Vo l 156 N o 192005年9月 Journal o f Chemical Industry and Eng ineering (China) September 2005研究论文载铁棉纤维素吸附剂固定床去除地下水砷郭学军,陈甫华(南开大学环境科学与工程学院,天津300071)摘要:用球形棉纤维素作载体,研制成了一种新的吸附剂:载铁(B -FeO OH )球形棉纤维素吸附剂,并应用于地下水砷的去除.柱实验表明,吸附剂对A s(Ⅲ)和A s(Ⅴ)的去除效果均明显优于相关文献中报道的吸附剂.采用含砷为500L g #L -1的地下水为柱实验进水,空床接触时间分别为412min 和519min 时,按照世界卫生组织推荐的新卫生标准(10L g #L -1),吸附剂去除A s(Ⅲ)和As(Ⅴ)的穿透体积分别达2200BV 和5000BV.如采用含A s(Ⅲ)和A s(Ⅴ)各为250L g #L -1的地下水为柱实验进水(总砷为500L g #L -1),空床接触时间510~512min 时,按照现行中国饮用水砷最高允许浓度50L g #L -1的卫生标准,3次过柱穿透点的出水体积分别达7000BV 、6000BV 和6700BV.吸附剂可以用2mo l #L -1N aOH 洗脱再生,再生效果良好.关键词:载铁(B -F eOO H)球形棉纤维素;吸附剂;砷;去除;柱实验中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:0438-1157(2005)09-1757-08Elimination of arsenic from groun d water by beadcellu lose adsorbent loaded with Fe hydroxideGU O Xuejun ,CH EN Fu hu a(College of Envir onmental S cience and Engineer ing ,N ank ai Univers ity ,T ianj in 300071,China )Abstract :A new adsorbent,bead cellulose loaded w ith Fe hydrox ide (B -FeOOH )w as prepared and used fo r the r em oval of arsenic from gro undw ater.Column exper im ents indicated that the adsorbent had higher efficiency of eliminating bo th ar senite and arsenate than other adsorbents repor ted in literatur e.H ig h bedvolumes of 2200BV and 5000BV up to a breakthr oug h co ncentratio n o f 10L g #L -1were achieved for thear senite and arsenate removal in the studies w ith gro undw ater arsenic concentration of 500L g #L -1while the em pty bed co ntact time w ere 412min and 519m in respectively.While 250L g #L -1o f arsenite and 250L g #L -1of arsenate w ere spiked together in the groundw ater and the empty bed contact time w as 510)512min,the br eakthro ug h vo lum es up to 50L g #L -1w er e 7000BV,6000BV and 6700BV respectively fo r three column recy cles.The adsorbent could be regenerated w ith 2mol #L -1NaOH solutions efficiently.Key words :bead cellulose lo aded w ith Fe(B -FeOOH );adsor bent;arsenic;remo val;column exper im ent s2004-08-12收到初稿,2004-10-13收到修改稿.联系人:陈甫华.第一作者:郭学军(1975)),男,博士研究生.基金项目:南开大学-天津大学联合研究项目.引 言砷是剧毒元素之一,近年来地下水砷的污染已经引起人们广泛的关注.地下水砷污染严重的国家有印度、孟加拉国、越南、阿根廷、智利、墨西 Received date:2004-08-12.Correspon ding au th or:Prof.CH ENFuh ua.E -mail:ch enfuhua2003@yahoo 1comFoun dation item:supported by Un ited Foundation of Nan kai University an d T ian jin University.哥、中国、匈牙利等[1].中国台湾、新疆和内蒙古局部地区地下水砷含量严重超标,砷含量最高可达2000L g#L-1.长期的砷暴露可引起皮肤、肺、肝、肾和膀胱的癌变[2].世界卫生组织1993年重新修订饮用水砷的最高允许浓度,确定为10L g# L-1.欧盟和美国已经重新制定砷的卫生标准,饮用水砷的最高允许浓度从50L g#L-1下降至10 L g#L-1[3].新的卫生标准对砷的去除和工艺提出了更高要求.吸附法是饮用水中砷去除的有效方法之一,常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭、功能树脂、金属氧化物如氧化铁以及各种天然矿物如沸石等.采用离子交换树脂方法,硫酸根离子等常量干扰离子对砷的干扰大.活性氧化铝对原水pH有较严格的要求,只能在较窄的范围内才能对砷有效去除.天然矿物去除砷价格便宜,来源广泛,但吸附容量一般很低,去除效率不高,且其存在某些微量元素,可能存在其他健康风险.用各种金属氧化物包括稀土元素氧化物如镧、锆、铈的氧化物,铁的氧化物如针铁矿、赤铁矿、无定形氢氧化铁等去除砷的研究都已有报道[4~8],但这些氧化物大都不具备良好的孔结构,难应用于固定床.地下水中砷酸根和亚砷酸根离子都有一定比例的存在,上述吸附剂大都不能有效去除亚砷酸根离子,因此当用它们去除砷时,必须经过预氧化过程如用氯和高锰酸钾氧化等,增加了操作难度和费用.德国的一项专利是将铁的氢氧化物造粒得到粒状除砷吸附剂,但它不耐磨,且在柱操作过程中容易结块[9].将各种吸附载体载入铁、锆、铈等配位中心,提高吸附砷的选择性和吸附容量,是现今吸附除砷技术的要点[10,11].通过对活性炭、沸石、离子交换树脂、高聚物和分子筛等载体改性后,可以提高对砷的吸附容量和去除效率[10,12~14].棉纤维是天然可再生材料,载体亲水性好,孔隙度大,已广泛用作生物活性材料,用来吸附和分离氨基酸、蛋白质和核酸,以及去除水中的重金属等.用实验室制备的球形棉纤维素作载体,研制成了载铁(B-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂(专利申请号:20041001987617).这种新颖的吸附剂的制备及应用,国内外尚未见研究报道.吸附剂的主要活性成分为B型羟基氧化铁(B-FeOOH, akaganeite-type),铁的吸附活性好,质量分数最高可达50%,与现有文献报道比较,最高载铁量是其他吸附剂的5~10倍[15~19].静态吸附实验表明,吸附剂对As(Ⅴ)和A s(Ⅲ)具有很高的吸附容量,中性条件下最大吸附量分别为3312、9916 m g#g-1.吸附As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的适宜pH范围宽,SO2-4、Cl-等常见干扰离子均不影响砷的去除.吸附剂具有良好的强度和耐磨性能,制备方法简单,对地下水中砷去除具有良好的应用前景.本文旨在研究载铁(B-FeOOH)球形棉纤维素吸附柱对地下水中As(Ⅴ)和A s(Ⅲ)的去除.1实验部分111实验材料与仪器载铁(B-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂由实验室制备.As(Ⅲ)储备液:准确称取214730g分析纯A s2O3(相对分子质量197184)于烧杯中,加入25m l20%NaOH溶液溶解,去离子水适度稀释,再加10m l优级纯H Cl,用稀H Cl调节pH 至710,定容至250m l,此储备液含As(Ⅲ)为100mm ol#L-1.As(Ⅴ)储备液:准确称取1016020g分析纯Na2H AsO4#12H2O(相对分子质量424108)于烧杯中,加200ml去离子水溶解,稀H Cl调节pH至710,定容至250ml,此储备液含As(Ⅴ)为100mm ol#L-1.As(Ⅲ)和As (Ⅴ)的标准溶液于冰箱中在4e下保存.实验中根据需要临时将此储备液稀释成不同的浓度.其他化学试剂为分析纯或优级纯.所有玻璃器皿在使用前用15%的硝酸溶液浸泡24h以上,分别用自来水和去离子水冲洗数次.用砷化氢发生-原子荧光分光光度计(H G-AFS:AFS230,Beijing, H aiguang Co1)测定砷[20].量检测限011L g# L-1,线性相关系数R2\01999.离子色谱法(Diome公司,DX-120型离子色谱仪)测定地下水中背景离子的浓度.吸附剂经H2SO4-H ClO4-H NO3消化,适度稀释后用分光光度法(UV754, Shang hai,上海精密科学仪器公司)测定吸附剂的载铁含量.112实验方法11211吸附剂的制备脱脂棉(河南焦作市卫生材料厂)1610g浸于400m l200g#L-1的NaOH 水溶液2h,压榨挤干至75g左右(压榨比为4B 1),得到碱纤维素,室温下密封老化2~3d,加入8ml CS2[CS2体积(m l)=棉纤维素干重(g)/2],密封,室温下150r#min-1振荡4~8h,得到橙红色黏胶,加入一定体积的60g#L-1NaOH水溶#1758#化工学报第56卷液,搅拌3~5h可得酯化均匀的黏胶液.黏胶液不能长久放置.于500m l三口瓶中加入200ml泵油-氯苯分散介质(泵油B氯苯=2B1,体积比), 014g油酸钾,50m l上述黏胶液,200~250r# min-1搅拌30min,30~60min内缓慢升温至90e,保温2h,停止搅拌,滤出分散介质(分散介质可以多次重复使用),热水洗球至白色.用标准筛收集0125~0184mm纤维素球珠,于去离子水中保存.载铁过程是在滴加碱液时,铁盐经搅拌、分散、水解而连续多次载入棉纤维素球珠.载铁球形纤维素再经碱稳定,洗涤,得到载铁(B-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂,于去离子水中保存.11212柱实验取12m l铁含量为220mg#ml-1的载铁(B-FeOOH)纤维素球珠填充于内径10 mm、柱高400mm的玻璃柱中(柱底填充约1cm 玻璃棉).分别以去离子水和天津蓟县某地下水为背景,加入As(Ⅲ)或A s(Ⅴ)标准溶液,使砷总浓度为500L g#L-1,用作柱实验的进水.进水每12h新配,盛槽避光,以免As(Ⅲ)氧化.一定的进水流速和空床接触时间(EBCT)下,从上至下通过吸附柱.每隔一定时间取一定体积流出液,测定砷的出水浓度.吸附剂采用静态再生,方法如下:从吸附柱中取出过完柱后的载铁(B-FeOOH)纤维素球珠,置于250ml锥形瓶中,加入100ml2mol#L-1 NaOH洗脱液,室温下150r#min-1振荡解吸10h,重复洗脱4次后用去离子水洗涤,至上清液pH在中性附近,再生吸附剂球珠反复用于柱吸附实验.2结果和讨论211载铁(B-FeOOH)球形纤维素吸附剂中铁的存在形态实验中所用载铁(B-FeOOH)球形纤维素吸附剂的粒径为0125~0184mm,密度为0147g# ml-1,含铁量为220m g#ml-1.图1为载铁(B-FeOOH)球形纤维素吸附剂的X射线衍射图谱.图2为正方纤铁矿的标准X射线衍射峰与吸附剂的X射线衍射峰的比较.从图2看出,吸附剂的X 射线衍射特征峰与正方纤铁矿的标准X射线衍射特征峰基本吻合,表明吸附剂上载入的铁主要形态为正方纤铁矿(B-FeOOH,akaganeite).载铁后,悬浮液中未载入纤维素载体中的少量残余铁形成Fe(OH)3沉淀,其X射线衍射图谱如图3所示.图3的衍射图谱呈平滑的曲线,看不出特征峰,说明未载入的少量铁盐形成沉淀后,其固相形态为无定形的Fe(OH)3.Fig11X-r ay diffr action patt erns o f beadcellulo se adsor bent lo aded with Fe(B-FeOO H)F ig12Compar ison of X-r ay diffr act ion apex esbetween st andard akaganeite-M and absor bentsFig13X-r ay diffraction patter ns o f Fe hydro xidesustained in so lutio n after Fe loading pro cess铁盐在滴加NaOH的过程中,缓慢水解并载入纤维素球,其形态为结晶度良好的正方纤铁矿;而残余的未载入的少部分铁盐在水相介质中却以无定形Fe(OH)3沉淀.此差异应归结为纤维素载体在其中所起的作用.纤维素载体是由众多葡萄糖单元按1,4糖苷键连接而成的高聚物,每个葡萄糖单元中有3个具备一定活性的自由羟基.可能的情形#1759#第9期郭学军等:载铁棉纤维素吸附剂固定床去除地下水砷是这些葡萄糖单元为B -FeOOH 的形成提供了羟基,并与铁结合,从而在纤维素分子表面形成第一层羟基氧化铁.当第一层B 型羟基氧化铁在纤维素分子表面形成后,铁盐在水解过程中依靠一种/自组装0的形式围绕已形成的晶体表面继续结晶,形成具有一定聚合度和结合力的聚合羟基氧化铁,其主要的赋存形态为正方纤铁矿.因此,纤维素载体在载铁过程中可能起到了类似/结构定向0和提供载铁场所的双层作用.212 As(Ⅲ)和As(Ⅴ)流出曲线的比较图4为去离子水背景下As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的流出曲线.As(Ⅲ)和As (Ⅴ)的进水浓度均为500L g #L -1,pH 为710,停留时间分别为310min 和312m in.由流出曲线可知,吸附剂对As (Ⅲ)的去除效果优于As(Ⅴ).静态实验表明,中性条件下吸附剂对As(Ⅲ)的饱和吸附量是As (Ⅴ)的3倍,且吸附速率也大于As(Ⅴ),这说明静态吸附和柱实验的结果是一致的.在实验条件下,As(Ⅲ)流出浓度在0~1500倍床体积(BV)内始终低于2L g #L-1;而As(Ⅴ)在500~3000倍床体积之间维持在20~40L g #L -1.依照世界卫生组织推荐的10L g #L -1饮用水砷卫生标准,吸附剂去除As(Ⅲ)和A s(Ⅴ)的穿透点床体积分别为2000BV 和300BV.如果按中国现行饮用水砷的卫生标准(50L g #L -1)为穿透点浓度,则吸附剂对As(Ⅲ)和A s(Ⅴ)的穿透点体积都可高达3500BV.因为地下水处于缺氧环境,高砷地区地下水中砷大都以三价砷为主.孟加拉国是世界上砷危害最严重的国家之一,地下水As(Ⅲ)占总砷含量的50%~60%[21].中国台湾的高砷地区,地下水中绝大部分砷形态为A s(Ⅲ)[22];北部地区如新疆和山西,地下水总砷中60%~90%为As (Ⅲ)[23].现有文献中报道的吸附剂大都只能有效去除As(Ⅴ),去除As(Ⅲ)的效果差,因此在吸附前需要使用氧化剂如氯和高锰酸钾,使地下水中As(Ⅲ)转化为A s(Ⅴ),增加了操作程序和费用.寻找对As(Ⅴ)和A s(Ⅲ)都具备良好选择性和去除效果的吸附剂,一直是除砷吸附剂研制中的难点.载铁(B -FeOOH )球形纤维素吸附剂对As (Ⅲ)和As(Ⅴ)均有高的吸附容量,且对As(Ⅲ)的去除效果比As(Ⅴ)好,和地下水三价砷和五价砷的分布比例相吻合,是一种适宜去除地下水砷的新型吸附剂.Fig 14 Compariso n o f eff luent histo ries in column test betw een As(Ⅲ)and A s(Ⅴ)213 不同空床接触时间下As(Ⅴ)流出曲线的比较 图5为去离子水背景下,EBCT 分别为312m in 和519min 时As(Ⅴ)的流出曲线.进水As (Ⅴ)的浓度为500L g #L -1,pH 为710.从图5可知,空床接触时间对流出曲线的影响甚大:EBCT 为519min 时,即使流出液体积达4000BV,流出液As (Ⅴ)的浓度始终低于5L g #L -1;EBCT 为312min 时,出水体积为300BV 时As (Ⅴ)即达穿透点浓度10L g #L -1,在500BV ~3000BV 之间As(Ⅴ)的浓度维持在20~40L g #L -1并缓慢上升,至3500BV 时,出水浓度达50L g #L -1.从流出曲线可知,As(Ⅴ)进水浓度为500L g #L -1时,选择接触时间为519m in 更为合适,此时吸附剂去除A s (V )效果显著.吸附法去除水和废水污染物时,空床接触时间一般为10~50min 为较适宜[24].在高进水砷(V )浓度(500L g #L -1)和相当短的空床接触时间(519m in)下,吸附穿透点(10L g #L -1)体积仍然超过4000BV,表明载铁(B -FeOOH )球形纤维素是一种优异的新型除砷吸附剂.214 地下水As(Ⅲ)的流出曲线原水pH 812,流速211m #h -1,空床接触时间412min 条件下,载铁(B -FeOOH )球形棉纤维素吸附剂去除As(Ⅲ)的柱实验流出曲线如图6所示.按照世界卫生组织推荐的饮用水砷卫生标准10L g #L -1,吸附剂去除As(Ⅲ)的穿透体积为2200BV,穿透容量为213m g #g -1;如按现行中国饮用水砷卫生标准50L g #L -1,则穿透体积高达4000BV,穿透容量为410mg #g -1.此操作参#1760#化 工 学 报 第56卷Fig 15 Comparison of As (Ⅴ)eff luenthistor ies in co lumn t est betw een differ ent empty bed co ntact time数下吸附剂去除A s(Ⅲ)的饱和体积达20000BV,饱和点吸附容量为1219mg #g-1.进出水水质背景如表1所示.出水水质分析表明,吸附剂不改变地下水pH 值和常见阴阳离子如H CO -3、CO 2-3、Cl -、SO 2-4、Ca2+和M g 2+等的浓度,F -浓度有一定的降低,吸附剂中的铁无泄漏.表2比较了载铁(B -FeOOH )球形棉纤维素与文献报F ig 16 A s(Ⅲ)effluent histor ies of column test fro m gr oundwat er道的几种吸附剂去除As(Ⅲ)时的柱实验参数和穿透时的空床体积.载铁(B -FeOOH )球形棉纤维素吸附剂具有强阴离子交换树脂和载铁砂无可比拟的去除As(Ⅲ)的性能.即使在相当于载铁大孔磺酸基聚苯乙烯树脂5倍的进液浓度下(500L g #L -1),载铁球形棉纤维素吸附剂对As(Ⅲ)的穿透点床体积依然大于载铁大孔磺酸基聚苯乙烯树脂.Table 1 Concentration of background anions from groundwater /mg #L -1Flow s pH CO 2-3H CO -3Cl -SO 2-4PO 3-4F -S iO 2-3Ca 2+M g 2+Fe influent 8126143396171512ND 01521011661840150103effluent8125183406171515ND0130912671539180103Table 2 Comparison of column experiment conditions and breakthrough volume for As(Ⅲ)rem oval by different adsorbentsAd sorben t typesC on cen tration ofin fluent/L g #L -1E BC T /min Breakthroughvolum e(10L g #L -1)References polyHIPE loaded w ith Fe50261517BV [17]polymeric/inorganic hybrid sorbent 1003112000BV [15]strong b as e anion ex changer 100311unab le [15]san d loaded w ith Fe100050184BV [24]b ead cellulose loaded w ith Fe (B -FeOOH )5004122200BVthis paperTable 3 Comparison of column experiment conditions and breakthrough volume for As(Ⅴ)rem oval by different adsorbentsAd sorben t typesC on cen tration ofin fluent/L g #L -1E BC T /min Breakthroughvolum e(10L g #L -1)References ployHIPE loaded w ith Fe 5030300BV [17]polystyren e loaded w ith Fe 502555BV [17]polymeric/inorganic hybrid sorbent 503114000BV [15]strong b as e anion ex changer 2004300BV [15]san d loaded w ith Fe 100050165BV [25]chabaz ite loaded w ith Fe10001515235BV [10]#1761# 第9期 郭学军等:载铁棉纤维素吸附剂固定床去除地下水砷215 地下水As(Ⅴ)的流出曲线地下水pH 为710,流速115m #h -1,空床接触时间519m in 条件下,载铁(B -FeOOH )球形纤维素吸附剂对As(Ⅴ)的柱实验流出曲线如图7所示.进液20d 后出水浓度才达到10L g #L-1,此时吸附剂去除As(Ⅴ)的穿透体积达5000BV,穿透容量为512mg #g -1;如按现行中国饮用水砷卫生标准50L g #L -1,吸附剂去除五价砷的穿透体积则高达8500BV,穿透容量为816mg #g -1.出水pH 在中性附近,完全符合饮用水水质标准.表3比较了载铁(B -FeOOH )球形纤维素与文献中几种吸附剂去除As(Ⅴ)的柱实验结果.从表3可知,载铁(B -FeOOH )球形纤维素柱实验去除As (Ⅴ)的效果明显优于文献中报道的相关除砷吸附剂.Fig 17 A s(Ⅴ)effluent histo ries o f co lumntest fr om g roundw ater216 柱床再生后的流出曲线3次过柱的空床接触时间为510~512m in,地下水加砷至As(Ⅲ)和As(Ⅴ)各为250L g #L -1,使进水总砷浓度为500L g #L -1,pH 为710.载铁(B -FeOOH )球形纤维素吸附剂再生后的砷流出曲线如图8所示.按照现行中国饮用水砷最高允许浓度50L g #L -1的卫生标准,3次过柱穿透点的出水体积则分别为7000BV 、6000BV 和6700BV.与第一次和第三次过柱相比,第二次过柱的穿透点体积略小,这主要是因为空床接触时间小于另两次的缘故.按现行中国饮用水砷卫生标准,3次过柱穿透点体积都达6000BV 以上,表明载铁(B -FeOOH )球形纤维素吸附剂具有良好的再生效果.尽管空床接触时间(EBCT )较小,为511~512m in,但因为吸附剂的穿透容量较大,每次柱实验时间为30d 左右,因此在检验再生性能时采取了3次过柱.选择静态再生法,12ml 过柱后的吸附剂用50ml 浓度为2mo l #L -1的NaOH 溶液洗涤4次.3次再生后,吸附剂对砷的解吸效率如表4所示.吸附剂的3次再生过程中,N aOH 对砷的解吸率为80%~83%,表明吸附剂具有较好的再生效率.吸附剂的活性成分为B -FeOOH ,X 射线精细吸收结构(EXAFS)的结果表明,As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均以内配位方式与吸附剂活性组分结合,且砷氧四面体和铁氧八面体的主要结合方式为双齿双核角配位(bidenate binuclear co rner -sha -ring,2C).(与高能物理所的合作研究,相关论文正在撰写).内配位的结合方式下,吸附剂对As (Ⅴ)和As(Ⅲ)具有高的选择性,但就解吸难度而言,一般要大于以外配位方式结合的吸附剂或其他离子交换剂.3次再生过程中,再生效率都比较稳定.第一次再生后,吸附剂剩余的砷含量为0155mg #g -1,第二次、第三次分别为0172、0170mg #g -1.与第一次再生相比,第二次、第三次再生砷的剩余量仅增加了012mg #g -1.这表明第二次、第三次再生几乎将前次柱实验中砷的/净载负0(当次砷的吸附量减去前次砷的剩余量)全部洗脱.虽然每次再生后砷有一定的残余,但从柱实验的穿透曲线看来,再生对砷去除效果的影响并不显著,这是吸附剂对砷具有高吸附容量的结果.吸附剂的活性成分具有很好的化学稳定性,X 射线衍射分析(XRD)表明再生后铁的形态仍为B -FeOOH.吸附剂的铁含量为220mg #ml -1,柱实验中,进出液的浓度都为0103mg #L -1(表1),表明柱实验中没有铁的泄露.3次再生后,吸附剂铁的含量都稳定在220mg #ml -1,铁的含量变化不显著.再生后吸附剂的活性组分铁的晶体形态和含量保持稳定,进一步说明吸附剂可以重复多次使用.静态再生过程中需要20倍吸附剂体积的NaOH 洗脱液.如果采用动态反洗,在适宜的操作条件下,砷的洗脱效率会更好一些.关于洗脱后砷浓缩液的处置,可以将废液用酸中和,投放铁盐或钙盐,使砷混凝沉淀后,淤泥用水泥和砂子固化后安全填埋.#1762#化 工 学 报 第56卷Table4Desorption rate of arsenic by NaOH and Fe content preserved in adsorbents during regenerationNo1Fe content/m g#m l-1As content after columnexperiment/m g#g-1As content after NaOHdes orption/mg#g-1Desorptionrate/%first2203125015583 s econd2253162017280 third2233167017081Fig18A rsenic effluent hist or ies o fco lumn t est in3cyclesu fir st,E BC T:511min;p second,EBCT:510min:w third,EBCT:512min arsen ate+ars enite=500L g#L-1;arsenate:ars enite=1B13结论用球形棉纤维素作载体,研制成了一种新的吸附剂:载铁(B-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂,并应用于地下水砷的去除,得出的主要结论如下.(1)吸附剂的主要活性成分为B型羟基氧化铁.(2)实验条件下,载铁(B-FeOOH)球形纤维素吸附剂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)均有高的穿透容量,且对As(Ⅲ)的去除效果比As(Ⅴ)好,和地下水三价砷和五价砷的分布比例相吻合,是一种适宜去除地下水砷的新型吸附剂.(3)采用含砷为500L g#L-1的地下水为柱实验进水,空床接触时间分别为412m in和519m in 时,按照世界卫生组织推荐的新卫生标准(10 L g#L-1),吸附剂去除As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的穿透体积分别高达2200BV和5000BV.(4)采用含As(Ⅲ)和As(Ⅴ)各为250 L g#L-1的地下水为柱实验进水(总砷为500L g# L-1),空床接触时间510~512min时,按照现行中国饮用水砷最高允许浓度50L g#L-1的卫生标准,3次过柱穿透点的出水体积分别达7000BV、6000BV和6700BV.(5)再生吸附实验表明,吸附剂具有良好的再生效果.再生和柱实验过程中铁的形态和含量保持稳定,表明吸附剂可以多次重复使用.References[1]Smedley P L,Kinnibu rgh D G1A review of th e s ource,behaviour and distribution of ars enic in natu ral w aters.A pp lie d G eoc hemistr y,2002,17:517)568[2]Ch en C J,Ch iou H Y,Hu ang W I,Chen S Y,H su eh Y M,T seng C H,Lin L J,S hyu M P,Lai M S1Sys temic non-carcinogenic effects an d developmental toxicity of in organicarsen ic1In:Ab ernathy C O,Calderon R L,Chappell W R,eds1Arsenic Exposu re and Health E ffects1L on don:Chapman&Hall,19971124[3]EPA1Rep ort on the Expert Panel on Ars enicCarcinogen icity:Review and Work shop.W as hington,DC:US Environmental Protection Agency,National C enterfor Envir onm ental Assessm ent,1997[4]T okunaga S,W asay S A,Park S W.Rem oval of ars enic(Ⅴ)ion from aqueous solutions by lanthanum compounds.W ater S cience and T ec hnology,1997,35(7):71)78 [5]S uzuki T 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电吸附技术在砷去除中的应用技术与装置研究
电吸附技术在砷去除中的应用技术与装置研究摘要：砷是一种广泛存在于地球环境中的有毒金属元素。
长期饮用含有高浓度砷的水源会对人体健康造成严重威胁。
因此，发展高效、低成本、可持续的砷去除技术变得尤为重要。
本文针对这一问题，探讨了电吸附技术在砷去除中的应用技术与装置研究。
1. 引言砷是一种有害金属元素，其存在于地下水和地表水中，成为世界范围内的健康风险。
传统的砷去除技术包括沉淀、吸附、膜分离等方法，但存在效率低、耗能大等问题。
电吸附技术作为一种新兴的砷去除技术，其具有高效、经济、可持续等特点，在砷去除领域备受关注。
2. 电吸附技术的原理电吸附技术是利用电化学方法将砷离子吸附到电极表面，并通过逆向电位进行脱附。
该技术具有高吸附容量、可逆性强、易操作和自动化等优势。
通过调控电位、溶液pH、电流密度等参数，可以实现对砷的高效吸附和脱附。
3. 电吸附材料的选择在电吸附技术中，材料的选择至关重要。
常见的电吸附材料包括活性炭、氧化铁、氧化铝等。
这些材料具有较高的比表面积、孔隙结构以及良好的吸附性能，可用于吸附和脱附砷离子。
4. 电吸附技术的应用电吸附技术在砷去除中具有广泛的应用潜力。
该技术可以用于地下水和地表水处理，包括饮用水源和工业废水处理。
通过合理的电极设计和操作参数的调节，可以实现对不同类型水源中的砷去除效果。
5. 电吸附技术的装置设计为了实现电吸附技术在实际应用中的效果，对装置的设计十分重要。
电吸附技术的装置主要由电极、电源、控制装置等组成。
电极材料的选择、电流密度和电位的控制以及溶液混合方式等因素都会对砷去除效果产生影响。
因此，在设计电吸附技术装置时应考虑以上因素。
6. 电吸附技术的优势与挑战电吸附技术相较于传统的砷去除技术具有明显的优势，包括高去除效率、低运营成本、可持续性等。
然而，该技术的应用还面临一些挑战，如电极的失效、脱附过程中砷离子的再溶解等问题。
这些问题需要进一步的研究和改进，以实现电吸附技术在砷去除领域的广泛应用。
光催化吸附砷
光催化吸附砷光催化吸附砷是一种新型的水处理技术，通过利用光催化剂在光照条件下吸附和分解水中的砷污染物。
这种方法在解决水环境污染和保护人类健康方面具有重要意义。
砷是一种常见的地下水、地表水和饮用水中的污染物，其对人体健康造成的危害不可忽视。
因此，研究光催化吸附砷的机理和应用具有重要理论和实际意义。
为了深入了解光催化吸附砷的机理，研究者们对其在不同条件下的吸附效果进行了实验研究。
通过调节光催化剂的种类、结构、表面性质等因素，可以有效提高砷的吸附率和分解率。
研究表明，光催化吸附砷是一种高效、环保的水处理技术，可以有效去除水中的砷污染物。
光催化吸附砷的机理主要包括光催化剂的吸附作用和光解作用。
光催化剂的吸附作用是指光催化剂表面对砷污染物的吸附效果，可以提高反应速率和吸附容量。
而光解作用是指光催化剂在光照条件下分解水中的砷污染物，生成无害物质。
通过理解光催化吸附砷的机理，可以更好地设计和优化光催化剂，提高其吸附和分解效果。
近年来，研究人员对光催化吸附砷的应用进行了广泛研究。
他们发现，光催化吸附砷可以应用于不同类型的水处理系统，包括自来水、工业废水和地下水等。
在实际应用中，光催化吸附砷的效果受到多种因素的影响，如光强、溶液pH值、砷初始浓度等。
因此，需要进一步研究光催化吸附砷的适用范围和优化条件，以提高其在水处理中的应用效果。
此外，光催化吸附砷还可以与其他水处理技术结合应用，如吸附法、氧化法、膜分离法等。
这些方法可以互补优势，提高水处理的效率和效果。
因此，未来的研究方向之一是探讨光催化吸附砷与其他水处理技术的协同作用，以实现更好的水处理效果。
总的来说，光催化吸附砷作为一种新型的水处理技术，具有重要的应用潜力和研究价值。
通过深入研究其机理和应用，可以更好地解决水环境污染问题，保护人类健康。
希望未来能有更多的研究者投入到光催化吸附砷的研究中，共同推动这一领域的发展。
电吸附法在砷去除中的应用技术与装置研究
电吸附法在砷去除中的应用技术与装置研究砷是一种广泛存在于自然界中的有毒物质，它会对人体健康造成严重影响。
传统的砷污染治理方法包括氧化沉淀、吸附剂吸附和膜分离等，然而这些方法存在着工艺复杂、成本高昂以及产生大量污泥等问题。
近年来，电吸附法作为一种新型的砷去除技术，逐渐受到人们的关注。
电吸附法是利用电吸附材料的特殊电荷特性，将水中的砷离子吸附到电极上，从而实现砷的有效去除。
与传统方法相比，电吸附法具有以下优势：一是去除效率高，可以有效去除水中低浓度的砷离子；二是对水中其它成分的影响小，可以避免对水质造成二次污染；三是操作简单，不需要添加化学药剂或者产生大量污泥，降低了处理成本。
因此，电吸附法在砷去除领域具有广阔的应用前景。
在电吸附法的研究中，电吸附材料的选择是一个重要的方面。
常用的电吸附材料包括离子交换树脂、碳纳米管、金属氧化物等。
这些材料具有高比表面积和丰富的功能官能团，能够有效吸附砷离子。
同时，为了提高电吸附材料的吸附能力，研究者们也进行了表面改性、复合材料制备等工作。
例如，采用表面改性的离子交换树脂、金属有机骨架材料等，可以增加电吸附材料与砷之间的吸附作用力，提高去除效率。
除了电吸附材料的选择，电吸附装置的设计也对砷去除效果有着重要影响。
传统的电吸附装置通常采用固定床或者流动床的结构，其处理能力有限，易发生堵塞和成本较高。
为了克服这些问题，研究者们设计了一些新型的电吸附装置。
例如，采用螺旋盘电极、改进流动床结构等，可以增加电吸附材料与水之间的接触面积，提高砷去除效率。
此外，还有一些重要参数需要优化，如电流密度、电解液浓度、电解时间等，这些参数的选择也会影响砷去除的效果。
值得注意的是，电吸附法在实际应用中还存在一些问题亟待解决。
首先，电吸附材料的制备成本较高，需要进一步降低其制备成本。
其次，电吸附材料的稳定性和再生性也需要加强研究，以延长其使用寿命。
此外，电吸附法的适用范围和工程规模也需要进一步研究和扩展，以满足不同水体的砷去除需求。
砷回收与利用技术综述
第53卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 4 2024年4月 Liaoning Chemical Industry April，2024基金项目： 辽宁省教育厅高等学校基本科研项目(面上项目)（项目编号：LJKZ0465）。
收稿日期： 2023-03-05砷回收与利用技术综述徐铖峰，王晓晨，史鑫，史文定，李瑞冰*（沈阳化工大学 机械与动力工程学院，辽宁 沈阳 110142）摘 要： 砷在自然界中普遍存在，砷酸盐及亚砷酸盐具有很强的毒性，进入环境中会对人们的生产生活造成很大的危害。
综述了当前国内外砷处理技术的研究现状，介绍了铁硫化合物除砷、纳米铁（nZVI）吸附除砷、二氧化钛吸附除砷的技术条件和除砷效果，并对砷治理的发展趋势及应用前景进行了分析和展望。
关 键 词：砷；铁盐法；纳米铁；二氧化钛中图分类号：TQ126.4 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）04-0586-05有色冶炼酸性废水由于酸性大、砷浓度高、重金属种类多，已成为砷污染的主要来源之一。
酸性废水中砷的处理不当会对环境产生不利影响，并对人类健康构成威胁。
一般来说相对于有机砷，无机砷的毒性更强。
三价砷的毒性比五价砷高出约60倍，土壤中的砷元素主要是五价的形式存在，而水中的砷元素常以三价的形式存在[1]。
有毒非金属元素砷有4种氧化形态存在于自然界中[2]，分别是H 2AsO 4-、HAsO 42-、H 3AsO 3和H 2AsO 3-。
许多国家和地区都存在砷污染现象，美国疾病控制中心（CDC）和国际癌症研究机构（LARC）将砷列为第一类致癌物质。
长时间的接触砷污染过的水资源会侵犯人体的各个系统器官，例如呼吸系统、消化系统、心血管系统、神经系统等[3]，因此如何处理砷污染也是当今社会所关注的重要方向之一。
砷元素的回收和利用技术主要有沉淀法、膜分离法、离子交换法、吸附法等。
本文主要对现有沉淀法、吸附法的最新进展进行总结归纳，并对沉淀法除砷的发展前景进行展望。
改性陶土颗粒吸附砷的实验研究
作者简介 ： 赵
・
引， 因
（９７ ）女（ １８ － ， 白族） 硕士研究生 ， ， 研究方向为环境科学 。Ｅｍａ ：ｈｏｉ ０ ＠ｈｔ ｉ ｃｍ － ｉ ｚａｙｎ ２ ｏ ｌ ｏ ｌ ｇ ｍａ ．
７ ・ ２
料 虽具 有 较 高 的 吸 附 能 力 ， 价 格 昂 贵 ， 用 周 期 但 使 短 ＿ ， 且这 类材 料 多 为 粉 末 状 ， 理 过 程 中易 引 １ 并 处
匀， 强度高 ， 面 多微 孔 ， 表 具有 很 强 的 吸附 能力 ， 且 而
使用寿命长， 其主要成分为硅铁铝氧化物。目前陶土 颗粒 已经应 用在 各种 工 业污 水处 理 及污 水 的深 度 处 理等方面。研究以赤玉土为骨料烧制陶土颗粒 ， 采用 ＦＣ３ ｅ１溶液 浸渍及热处理 的方法 对 陶土颗 粒改 性后 制
ｄ ｇｔｌ ｈ ｔ ｓａ ｄ ３ ｉ ｇ ｓｏ ｉ ａ ｓ ｒ ｅ ｔ ｏ ａｅ ｔ ｏ ｅ ｏ １ ｉｉ ｏｏ Ｄ ａｐ ｎ ｍａ ｅ ｆ ｈｓ ｄ ｏ ｂ ｎ ，ｃ ｍｐ ｒｄ ｗ ｈ ｔ ｓ ｆＨＣ 一 Ｇ，ａｓ ｄ ｃ ｔｄ ｔａ ｒ ｅ ａ ｕ ｔ ｆ ｔ ｉ ｈ ＭＣ ｌ ｉ ｉａｅ ｈ ｔａｌ ｇ ｍｏ ｎ ｏ ｎ ａ ｏ
改性吸 附剂表面的微观数码照片及 ３ Ｄ影像 图， 明该吸 附剂表面存在大量铁氧化物； 表 该吸 附剂在 中性 ｐ Ｈ范 围 内有 良好吸 附除砷 能 力 ， 共存 的 氟 离子 、 酸根 离子对 除砷 效 果有 不 同程 度 的竞 争影 磷
响 ， 酸根 离子 对 除 砷 效 果 无 显 著 影 响 ； ｒｕｄｉ 碳 Ｆｅｎｌ ｈ等 温 线 方 程 能 较 好 地 拟 合 Ａ （ 的吸 附过 程 ｃ ｓ Ｖ）
除砷技术研究现状与进展
高级阶段
目前，除砷技术已经得到了高度的发展和优化，一些先进的组合技术和设备被广泛应用于实际生产和处理中。
生物除砷
光催化除砷
组合技术
除砷技术的研究现状
物理除砷技术
02
活性炭吸附
01
活性炭具有高比表面积和丰富孔结构，能高效吸附水中的砷。研究表明，活性炭对低浓度含砷废水有较好的吸附效果，但处理高浓度含砷废水时存在饱和问题。
存在问题和建议
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吸附法除砷
矿物吸附
02
某些矿物如膨润土、硅藻土等具有较好的除砷效果。矿物吸附法具有成本低、环境友好等优点，但处理高浓度含砷废水时需要大量使用矿物，增加了处理成本。
生物质吸附
03
生物质材料如植物秸秆、微生物细胞等可高效吸附水中的砷。生物质吸附法具有可持续性和环境友好性，但生物质材料的再生和分离困难。
膜过滤法除砷
化学除砷技术
03
氧化法除砷
生物还原
利用某些微生物将砷化合物还原为无害的物质，如硫酸盐还原菌能够将砷酸盐还原为无害的硫化物。
化学还原
利用还原剂如硫酸亚铁、亚硝酸盐等将砷化合物还原为无害的物质。
还原法除砷
利用氢氧化物与砷酸盐反应生成难溶的砷酸盐沉淀，从而去除砷。
氢氧化物沉淀
利用硫化物与砷酸盐反应生成难溶的硫化物沉淀，从而去除砷。
具有较高的吸附效率和良好的选择性，可用于低浓度污染物的处理。
研究现状
已有多项研究报道了纳米材料在除砷方面的应用，如碳纳米管、金属氧化物等纳米材料的制备及其在除砷中的应用。
结论与建议
06
多种除砷技术的研究已取得显著成果，包括化学沉淀法、吸附法、电化学法、膜分离法等，这些方法在不同的应用场景中表现出良好的除砷效果。
改性陶土颗粒吸附砷的实验研究
改性陶土颗粒吸附砷的实验研究赵莹;张振亚;陈荣志;陆轶峰【摘要】以赤玉土为骨料烧制陶土材料,经FeCl3溶液浸渍及热处理改性后制备成新型的改性陶土颗粒吸附剂,对其表面特征及除砷性能进行初步研究:BET测定得出该吸附剂比表面积为36.493 m2/g,孔容量为0.070 mL/g; SEM-EDX显示吸附剂表面有大量铁、氧元素分布；对比该吸附剂和HCl溶液改性吸附剂表面的微观数码照片及3D影像图,表明该吸附剂表面存在大量铁氧化物；该吸附剂在中性pH范围内有良好吸附除砷能力,共存的氟离子、磷酸根离子对除砷效果有不同程度的竞争影响,碳酸根离子对除砷效果无显著影响；Freundlich等温线方程能较好地拟合As(Ⅴ)的吸附过程( R2=0.9927),吸附平衡时的饱和吸附容量可达43.491 mg/g.低成本高效的改性陶土颗粒应用于实际的砷吸附处理,具有较好的应用前景.%The modified ceramic granule (MCG), which is a novel adsorbent for arsenic removal, was developed with a mixture of akadama mud, wheat starch, and Fe3O,4, and modified using FeCL; solution. The characteristic's and adsorption properties of this adsorbent were studied in detail. The BET of MCG was 36.493 m2/g, and its pore volume was 0.070 mL/g. The SEM-EDX result showed that iron oxide was widely formed on the surface of MCG. The micro digital photos and 3D images of this adsorbent, compared with those of HC1-MCG, also indicated that a large amount of iron oxide was formed on the surface of the adsorbent. The adsorbent could be successfully used for arsenic removal in neutral pH ranges. The commonly presented fluoride and phosphate ions had different competing effects on arsenic removal, while carbonate had no significant effect. The Freundlichisotherm equation fit well with As (V) adsorption (R2 =0.9927) . The maximum adsorption capacity for As (V) was 43.491 mg/g. This cost-effective MCG has promising prospects for application to arsenic removal.【期刊名称】《水资源保护》【年(卷),期】2012(028)002【总页数】5页(P72-76)【关键词】改性陶土颗粒;除砷材料;吸附材料;吸附容量;铁氧化物【作者】赵莹;张振亚;陈荣志;陆轶峰【作者单位】云南大学生命科学学院,云南昆明650091;日本筑波大学生命环境科学研究科,日本筑波305-8572;日本筑波大学生命环境科学研究科,日本筑波305-8572;日本筑波大学生命环境科学研究科,日本筑波305-8572;云南大学生命科学学院,云南昆明650091;日本筑波大学生命环境科学研究科,日本筑波305-8572【正文语种】中文【中图分类】X506砷是高毒元素,会对人体产生致癌和致畸作用,是水体中优先控制的污染物之一。
无定形氢氧化铁对砷和砷酸盐吸附
无定形氢氧化铁对砷和砷酸盐的吸附摘要：在25°C，溶液中离子的强度为时，在砷酸和亚砷酸浓度范围是10-7~10-3M，其浓度对应的pH值范围为4 ~10时，测得吸附等温线。
在低浓度范围内，这些等温线服从朗缪尔类型的方程。
在高浓度范围内，这些吸附等温线是线性的，说明了在无定形氢氧化铁吸附剂中存在着不只一种类型的表面活性位点。
在浓度范围内，无定形的氢氧化铁对砷酸盐和亚砷酸盐的去除取决于pH值。
通过认真的选择砷和无定形氢氧化铁的相对浓度和pH值，实现的去除率为92%。
前言在初始的砷酸和亚砷酸盐的浓度为10-5—10-3M，pH值范围为下，弗格森和安德森研究了氢氧化铁和氢氧化铝对砷酸盐和亚砷酸盐的吸附特点。
他们取得了朗缪尔等温线。
后来他们研究了无定形氢氧化铁吸附砷酸和亚砷酸盐，在初始的亚砷酸盐的浓度为10-3~10-4M，pH值范围为下，一样取得朗缪尔等温线。
当砷酸盐或亚砷酸盐被氧化铝与铝土矿吸附时，Gupta和Chen 发觉其符合朗缪尔方程，pH值范围是到,亚砷酸初始浓度为5到130um/L/ L。
Holm等人发觉，在河流沉积物中砷的吸附不遵循吸附等温式，可是其线性依托于亚砷酸的浓度。
在初始亚砷酸盐的浓度是10-5-10-4M下，没有提到关于pH值的单一等温线。
在溶液中，由于表面金属原子的浓度和吸附完全不成比例，因此一些阴离子和阳离子有一个特定的亲和力。
在离子和非离子结合的综合阻碍下的吸附被称为特定吸附,其乃至可能发生在表面被操纵的时候。
阴离子的特定吸附会降低等电点的pH值。
等电电时的pH值的大幅度转变取决于特定的离子及其浓度,和特定的固体表面。
等电点的pH值在所有来源的固体表面电荷处是零。
因此，在包括四个数量级的浓度和普遍pH值范围内，本文研究成立了砷和砷上的定量吸附等温线。
酸在am-Fe(OH)3这项工作不仅应该成为环境科学家的爱好爱好，而且也应是关注水和废水处置的工程师和关注养分利用的土壤科学家的爱好爱好。
吸附去除砷的原理
吸附去除砷的原理吸附是一种物质分离和净化的常用方法，通过将有害物质吸附到吸附剂的表面上，从而达到去除有害物质的目的。
在砷去除过程中，吸附剂被选择为能够有效地吸附和富集砷离子的物质。
砷是一种广泛存在于自然界中的元素，它以多种形式存在。
在水中，主要存在两种常见形式的砷，即三价砷（As(III)）和五价砷（As(V)）。
这两种形式的砷离子在水中呈不同的离子态，因此吸附剂要具有对两种形式的砷离子都有较好吸附效果的特性。
传统的砷吸附剂有活性炭、高岭土、氧化铁等。
其中，活性炭是应用最广泛的砷吸附剂之一。
它具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，使其能够有效吸附砷离子。
新近发展的一些材料，如纳米材料、功能化吸附材料等，也显示出了较高的砷吸附能力。
此外，一些生物质材料也被发现具有良好的砷吸附性能，如水稻秸秆、生物炭等。
砷的吸附过程是一个多步反应，包括吸附、扩散和平衡等过程。
在砷吸附过程中，吸附剂的表面含有一些活性位点，这些位点与砷离子之间发生化学反应，形成吸附结合物。
吸附结合物的形成是砷吸附的核心过程，其速率和平衡性决定了吸附效果的好坏。
砷离子与吸附剂表面之间的相互作用主要有电化学吸附、静电吸附和化学吸附等。
电化学吸附是指砷离子与吸附剂表面产生电吸引力，使其被吸附在表面上。
静电吸附是指砷离子与吸附剂表面存在相互作用力，包括静电相互作用、解离吸附、络合等。
化学吸附是指砷离子与吸附剂表面发生化学反应，生成共价结合的吸附物。
除了砷离子的吸附，砷的去除还包括一些其他的影响因素，如pH值、温度和溶液中其他物质的存在等。
pH值是影响砷离子吸附的重要因素，特别是在高酸或高碱环境下，砷离子的吸附能力会发生变化。
温度对砷吸附的影响较小，但较高的温度可能会促进吸附速率的提高。
溶液中存在的其他物质，如有机物、硫酸盐等，也可能对砷的吸附产生影响。
吸附去除砷的原理是基于吸附剂与砷之间相互作用的物理和化学特性。
吸附剂的选择和性能是影响砷吸附效果的重要因素。
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吸附效果最好遥 Veronique Lenoble 等以 KMnO4 氧化能力为基础袁 以树脂为原料袁合成了 R-MnO2袁As渊芋冤和 As渊吁冤的最大容量分 别为 0.7 和 0.3mmol / g遥 Qiong Du 等将铁氧化物和阴离子交换树 脂 N-S 的吸附特性相结合袁 制备了双功能树脂负载的纳米零价 铁复合材料袁 复合材料可在环境条件下高效地将毒性更强的 As 渊III冤氧化成毒性较低的 As渊V冤袁而不需要贵金属遥
2 矿物
天然矿物产量大袁资源丰富袁廉价易得袁因此越来越多的被 人们研究应用袁常见的矿物有沸石尧凹凸棒石尧硅藻土等袁其中对 沸石的研究更为广泛遥 Chil-Sung Jeon 等通过柱实验研究了砷在 铁包覆沸石渊ICZ冤上的吸附袁ICZ 对砷的吸附容量为 0.68mg / g曰将 2.0mg / L 砷连续通过填充有 11.7g 材料的柱子袁速率为 30mL / h袁 流出物中砷浓度为 0.01mg / L 的突破发生在 300BV遥 Kun Wu 等 研究了铁-锰涂层硅藻土去除砷袁原位再生后对砷的吸附能力提 高袁在三次循环后突破床体积从 550 增加到 760 个 BV遥
叶资源节约与环保曳 2019 年第 10 期
不同载体的除砷吸附剂研究进展
李培 （东北师范大学环境学院 吉林长春 130117）
摘 要院在众多除砷方法中袁吸附法以方便尧安全尧不产 生二次污染尧不添加大量化学试剂被广泛应用袁因此制备价 格低廉袁吸附再生效果好袁能应用于实际含砷废水处理的吸 附材料尤为重要遥 一般的纳米金属材料极易溶于水袁不易于 二次分离和重复再利用袁因此通过负载合适的载体来改善此 问题遥 本文主要对矿物袁树脂袁碳质类袁及其他吸附材料的研 究进展进行综合概述袁为除砷吸附剂的实际应用打下基础遥
5 其他载体
除上述常见的载体外袁还存在其他一些已被研究的袁例如核 桃壳袁玉米袁甘蔗等生物质材料袁这些材料廉价易得袁属于废物的 再利用遥 除此之外还有天然高分子材料袁例如壳聚糖袁纤维素袁淀 粉等也都越来越多的应用于除砷当中遥
结语
吸附法除砷是众多方法中最为简便尧经济尧不产生二次污染 的方法袁因此吸附材料在砷的水处理中有着广阔的应用前景袁研 发出稳定尧经济尧吸附性能好尧可循环利用等优点的材料更是未 来研究的重点与热点袁 有望在未来能使更多地区的人免受砷得 危害遥 作者简介
李培渊1993-冤袁女袁河南袁硕士研究生袁研究方向院吸附除砷遥
109
3 树脂
树脂是一种高分子聚合材料袁常见的树脂多为阴离子尧阳离 子和螯合树脂袁而由于砷酸根为阴离子袁因此以阴离子交换树脂 为载体的居多遥 Tatineni Balaji 等采用锆负载螯合树脂与赖氨酸二乙酸官能团吸附砷袁 吸附机理是砷酸盐或亚砷酸盐与锆络合 物之间的一种附加络合物袁As渊V冤在 pH=4 和 As渊芋冤在 pH=9 时
石墨烯是所有石墨形式的碳的基本构件遥 它由 sp2 杂化碳 原子的单个原子层组成袁排列成蜂窝状结构遥 石墨烯作为一种坚 固而柔韧的膜袁为碳骨架的改性或功能化提供了无限可能遥 Kun Wu 等通过共沉淀将氧化石墨烯片与 Fe3O4 和 CuO 组合制备磁 性复合吸附剂袁 根据表征结果袁 氧化石墨烯的引入不仅保持了 铁-铜复合材料的有利性能袁 如优异的磁特性和丰富的羟基袁同 时也抑制了纳米级氧化铁铜颗粒的聚集袁 从而增强了颗粒对水 中砷的去除能力遥 Tao Wen 等以氧化石墨烯渊GO冤表面被锆渊Zr冤 功能化来除砷袁 最大吸附容量分别为 232.52 mg窑g-1遥 二十分钟 后袁通过 2mg / mL 的复合材料获得 100豫的砷去除效率遥
关键词院砷曰吸附法曰吸附材料曰综述
引言
与有机砷相比袁无机形式的砷更具有高毒性遥 无机砷以亚砷 酸盐渊AsO33-冤和砷酸盐渊AsO43-冤两种形式在水中常见袁简称砷渊III冤 和砷渊V冤遥 砷被认为是人类致癌物袁可导致皮肤癌袁肺癌袁膀胱癌袁 肝癌和肾癌等疾病[1]遥
1 金属及其化合物
在开发金属吸附剂的过程中袁 已经探索了各种过渡金属基 化合物作为除砷吸附剂袁例如铁袁铜袁镁袁铝袁锆等袁其中铁基吸附 材料为最多遥 Zongming Ren 等通过共沉淀法制备铁锆二元氧化 物除砷袁比表面积为 339 m2/g袁在 pH=7 时袁对 As渊V冤和渊III冤最大 吸附量为 46.1 和 120mg / g遥 M佗rcia C.S. Faria 等[3]制备 啄-FeOOH 纳米颗粒去除 As 渊V冤袁 比表面积为 135 m2/g袁pH=7 时吸附量为 37.3mg / g遥 Dongjuan Kang[4]等通过共沉淀法合成 Mg/Fe 层状双氢 氧化物袁 发现在 400益和 pH7 下煅烧的 M2+/M3+比为 5 的材料对 砷的吸附容量 50.24mg / g遥 现如今的除砷吸附剂多为不同载体负 载金属化合物袁以达到实际含砷废水的处理遥
4 碳质类
碳质类材料常见的有活性炭袁碳纳米管袁石墨烯等遥 活性炭具 有大的表面积和不同的表面官能团袁包括羧基袁羰基袁苯酚袁醌袁内 酯袁因此袁它们被认为是用于去除重金属离子和其他无机物质以 及来自液相和气相的许多有机化合物的良好吸附剂遥 粉末状活性 炭具有更大的吸附表面积并且制造成本低袁但在分离中有局限性 和困难袁 因此颗粒状活性炭被广泛研究并应用于实际遥 Weifang Chen 等以铁浸渍活性炭袁砷类物质通过与氢氧化铁表面形成络合 物吸附在氢氧化铁表面遥MURUGAN袁M 等以银浸渍木材制得的活 性炭渊SIC冤去除砷袁柱试验最大吸附容量为 9.36 mg/g遥 但是活性炭 的掺杂物是灰分袁它是活性炭的无机部分袁易造成二次污染遥