溶解性有机物存在下铁氧化物的形成及去除砷的研究

发布时间：2020-03-30 18:06

【摘要】：Fe(Ⅱ)氧化是自然界铁氧化物形成的重要方式,而在地下水中往往存在着较高浓度的Fe(Ⅱ)与DOM(溶解性有机物),当地下水循环至地表时,Fe(Ⅱ)会发生氧化,而该过程中DOM对铁氧化物的形成的影响却鲜有研究。本文模拟自然界含DOM的近中性地下水环境中Fe(Ⅱ)发生氧化和水解反应的过程,通过TEM、XRD和FT-IR等手段,并结合动力学数据,研究了DOM对铁氧化物的种类、形貌以及晶体结构的影响,进而对DOM存在条件下Fe(Ⅱ)氧化絮凝As(Ⅲ)的过程进行探讨。酚类和羧酸类DOM都会对Fe(Ⅱ)的氧化和水解产生抑制作用,邻苯二酚对Fe(Ⅱ)的氧化和水解的抑制作用强于苯甲酸和苯酚。Fe(Ⅱ)的氧化和水解主要受C/Fe摩尔比和pH的影响,随着C/Fe摩尔比的提高,邻苯二酚的抑制作用增强。在pH 7.0-9.0条件下,体系中会发生铁氧化物的溶解以及Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的二次沉淀。在近中性pH条件下,纤铁矿为主要形成的铁氧化物。除此之外,在pH 6.0还形成了针铁矿,在pH 8.0和9.0还形成了磁铁矿。当体系中存在邻苯二酚时,小颗粒水铁矿是最常见的铁氧化物,随着C/Fe摩尔比的提高,水铁矿的形成受到抑制,当C/Fe摩尔比为5.0时,主要形成了Fe-OM配位化合物。在邻苯二酚-As(Ⅲ)的体系中,Fe(Ⅱ)氧化絮凝对As_(total)[As(V)+As(Ⅲ)]有较高的去除率,降低As/Fe摩尔比和C/Fe摩尔比有利于提高As_(total)的去除率。当C/Fe摩尔比为0.125时,As_(total)去除率可以达到100%。与Fe(Ⅱ)氧化絮凝过程相比,Fe(Ⅱ)-水铁矿体系对As_(total)的去除速率更快,去除效果更好。
【图文】：

铁氧化物,连接方式,间距,正八面体

图 1-1 铁氧化物的不同连接方式及其 Fe-Fe 间距[2]igure 1-1. Different linkages of octahedra in Fe(III) oxides and their Fe-Fe distances针铁矿广泛分布于岩石以及生态系统中的各个部分，是常温下热力学最稳定铁氧化物之一[3]，因此它往往最先形成[1]。块状的针铁矿呈深棕或黑色，而粉状为黄色。针铁矿由 Fe(O, OH)6正八面体通过六方密堆积得到，其基本单元e(O, OH)6中的 O 和 H 位于正八面体顶点，Fe(III)位于正八面体间隙的 1/2 处，个基本单元通过共用边缘连接成链，，链与链之间通过共用顶点的方式连接[4, 5]。纤铁矿广泛存在于岩石、土壤和生物体内[1, 6]，为 Fe(II)氧化的主要产物。纤矿由Fe(O, OH)6正八面体通过立方密堆积得到，Fe(III)位于正八面体的间隙中，个基本单元通过共用边缘成层状排列，层与层之间通过氢键连接[7]。四方纤铁矿最早在日本的-矿中被发现，并以 Akaganeite 命名[8]。四方纤铁在自然条件下不常见，主要存在于富含氯的环境中[8, 9]，如热卤水和海洋[1]。方纤铁矿属于单斜晶系，尽管与针铁矿和纤铁矿同为 FeOOH，但由于四方纤矿为体心立方堆积，因此四方纤铁矿比针铁矿和纤铁矿的密度小[1]。在四方纤

图 1-2 不同 pH 条件下 As(III)离子的种类Figure. 1-2 The speciation of As(III) ion at different pHs
【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】：P579;X505;O614.811

【参考文献】