含砷铁（羟基）氧化物光致溶解与转化中砷迁移的研究

发布时间：2020-03-30 16:23

【摘要】：铁(羟基)氧化物的光致溶解反应是环境中重要的光化学行为。截至目前,含有As(Ⅴ)铁(羟基)氧化物的光致溶解反应鲜有文献研究报道,并且此过程中As(Ⅴ)在水环境和铁(羟基)氧化物之间的再分配机制也不清楚。本文模拟酸性矿山废水中含砷水铁矿和施氏矿物的光致溶解反应,研究了草酸钠介导下含吸附态As(Ⅴ)水铁矿和施氏矿物[Fhy*-As(Ⅴ)和Sch*-As(Ⅴ)]的光致溶解活性差异,以及含吸附态As(Ⅴ)和结构态As(Ⅴ)施氏矿物[Sch*-As(Ⅴ)和Sch-As(Ⅴ)]的光致溶解行为,并借助XRD、FTIR和TEM等表征方法,探究了铁(羟基)氧化物光致溶解过程中转化形成次生矿物的种类,及其对As(Ⅴ)迁移的影响。水铁矿和施氏矿物均可在pH=3、无溶解性有机物存在的条件下发生光致溶解反应。然而,在草酸钠存在的条件下,暗反应时溶液中形成了大量Fe(III)和微量Fe(II),这说明配位性溶解在溶解过程中占主要地位;光反应时,起始阶段溶液中Fe(II)的浓度迅速增加,达到最大值后缓慢减小。实验证明,有氧条件下草酸钠介导的水铁矿和施氏矿物光致溶解反应会使溶液pH值大幅度增加。高pH值不仅降低了光致溶解反应的速率,还会导致溶液中Fe(II)的氧化及随后Fe(III)的水解。草酸钠介导下水铁矿和施氏矿物光致溶解反应后的固体产物中均发现了针铁矿。含吸附态As(Ⅴ)水铁矿和施氏矿物的溶解过程分别与纯水铁矿和施氏矿物相似,但Fe的释放量相对较少,说明吸附态As(Ⅴ)抑制了水铁矿和施氏矿物的溶解。结构态As(Ⅴ)使施氏矿物表现出更高的光致溶解活性。无草酸钠存在时,紫外光照射促进了As(Ⅴ)向水环境中的迁移;而有草酸钠存在时,紫外光照射显著抑制了As(Ⅴ)迁移至水环境中。草酸钠存在下,对于Fhy*-As(Ⅴ)和Sch*-As(Ⅴ)体系,暗反应时溶液中As(Ⅴ)的浓度分别是相同条件下光反应时的7.75-13.0倍和14.0-36.5倍;对于Sch-As(Ⅴ),暗反应时溶液中As(Ⅴ)的浓度是相同条件下光反应时的6.30-8.75倍。本文的研究意义在于揭示了草酸钠介导下不同含砷铁(羟基)氧化物的光致溶解行为以及该过程中砷的迁移规律,为有效控制砷污染提供了理论依据。
【图文】：

砷污染,全球性环境问题,酸性矿山废水,矿山废水

天津大学硕士学位论文多火山国家，，部分地区的土壤含砷量在 10000 mg kg-1以上[8]，严重影响了植物的生长发育。大部分国家的地下水含砷量低于 10 μg L-1 [9]，然而在孟加拉国、越南、中国的内蒙古和台湾等国家和地区受砷污染饮用水不利影响的人口高达3000～3500 万。砷污染是十分严重的全球性环境问题，引起了全世界的关注。酸性矿山废水（Acid mine drainage， AMD）是一种低 pH 值，并且含有高浓度重金属和其他有毒物质的一类污水[10]。Nordstrom 等人[11]在加利福尼亚一处矿山废水中检测到 As(V) 的含量为 850 mg L-1。

光化学反应,溶解实验

（3）将反应得到的悬浮液进行离心分离。上层清液用于测定 As(V)的含量，而确定水铁矿对 As(V)的吸附量，下层固体即为制备得到的 Fhy*-As(V)，可用于后续光致溶解实验和表征。Sch*-As(V)的制备过程与 Fhy*-As(V)的制备过程基本相同，区别为第一步是接用电子天平称取 0.3 g 施氏矿物固体分散到 100 mL 浓度为 0.1 M 的 NaCl液中。其余操作与 Fhy*-As(V)的制备步骤相同。.2.4 光致溶解实验本文中水铁矿、施氏矿物、Fhy*-As(V)和 Sch*-As(V)的溶解实验均在南京胥机电厂的 XPA-7 型光化学反应仪中进行，其结构如图 2-1 所示。采用连续循冷却水保证溶解实验过程中反应器内部温度稳定在室温处，不发生大变化。光应中，采用 300 W 高压汞灯作为紫外光灯源，主激发波长为 365 nm。为了确光致溶解实验过程中光强稳定，光反应时需提前 5 分钟将 300 W 高压汞灯开。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X751;X132

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