新型生物陶粒濾料3-5mm生產(chǎn)廠家在含砷廢水處理方面取得新進(jìn)展

　　新型生物陶粒濾料3-5mm廠家在含砷廢水處理方面取得新進(jìn)展。仁源水處理材料根據(jù)不同類型砷的分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，從吸附劑的骨架性質(zhì)及其對(duì)被吸附物的親和力和選擇性的角度出發(fā)，制備了負(fù)載水合氧化鐵的離子交換樹脂復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了它對(duì)有機(jī)砷和無(wú)機(jī)砷的吸附性能。本文為同時(shí)處理含多類含砷化合物的含砷廢水提供了思路。

　　有機(jī)砷被廣泛用作動(dòng)物飼料添加劑，以此來(lái)殺死寄生蟲和促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。動(dòng)物攝入的大部分有機(jī)砷不會(huì)在其體內(nèi)發(fā)生代謝反應(yīng)，它們以未改變的化學(xué)形態(tài)直接通過糞便和尿液排出體外。盡管有機(jī)砷毒性較低，但它們可以通過非生物和生物轉(zhuǎn)化為高毒性的無(wú)機(jī)砷，從而污染土壤和水。無(wú)機(jī)砷在含氧、高pH條件下，往往以五價(jià)砷離子(As(V))的形式存在。長(zhǎng)期接觸無(wú)機(jī)砷會(huì)增加人類患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要采取有效的方法來(lái)處理水溶液中的砷。

　　吸附具有操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。目前，主要的砷吸附材料有活性炭、金屬氧化物、聚合物材料等。然而，這些材料存在一些缺點(diǎn)。例如，金屬氧化物具有高吸附能力和理想的再生能力，但它們的機(jī)械強(qiáng)度低且容易堵塞，難以直接應(yīng)用于柱吸附。聚合物吸附劑具有納米孔結(jié)構(gòu)，可調(diào)節(jié)的表面化學(xué)性質(zhì)和有效的再生能力等特點(diǎn)，然而他們對(duì)污染物的去除僅限于單一的物理或化學(xué)吸附，難以同時(shí)去除多種環(huán)境污染物。因此，有必要開發(fā)一種新型的功能性吸附劑，以同時(shí)去除不同的砷污染物。

　　無(wú)機(jī)砷在溶液中以離子形式存在，可通過靜電或配位作用吸附它。對(duì)于有機(jī)污染物，范德華力是各種吸附材料共有的共同相互作用。微孔填充是具有微孔結(jié)構(gòu)的材料的另一重要吸附途徑。

　　吸附劑表面有機(jī)污染物與官能團(tuán)之間發(fā)生的常見相互作用包括酸堿相互作用，氫鍵和π–π–電子供體–受體相互作用(π–π–EDA)。同時(shí)去除水中有機(jī)毒物和無(wú)機(jī)污染物的關(guān)鍵在于將不同的吸附位有效地結(jié)合成一個(gè)單元。開發(fā)出能夠同時(shí)去除有機(jī)砷(PAC)和無(wú)機(jī)砷的吸附材料仍然存在挑戰(zhàn)。

　　本文利用陰離子交換樹脂來(lái)負(fù)載水合氧化鐵HFO合成HFOR，并用于同時(shí)從水中去除p-ASA和As(V)。首先，分析了HFOR的理化性質(zhì)，綜合評(píng)估了HFOR在不同砷物種上的吸附性能。其次，系統(tǒng)研究了HFOR對(duì)p-ASA和As(V)的等溫平衡及吸附動(dòng)力學(xué)，揭示了不同砷的吸附途徑，并研究了pH和共存物質(zhì)對(duì)HFOR吸附性能的影響。最后，進(jìn)行了循環(huán)吸附再生和固定床柱實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估該材料在長(zhǎng)期應(yīng)用中的可行性。

　　圖1在(a)單一和(b)二元體系中，As(V)和p-ASA在五種吸附劑上的吸附

　　HFOR能有效地同時(shí)去除溶液中的As(V)和p-ASA。該研究有望為研究去除特定的共存水污染物提供新思路，并擴(kuò)大功能樹脂在水污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。由于在p-ASA存在下As(V)的優(yōu)先吸附，可以通過不同的途徑將不同的砷物質(zhì)吸附到HFOR上。

　　圖2溶液pH對(duì)(a)單一體系和(b)二元體系中As(V)和p-ASA吸附的影響

　　溶液中有As(V)存在時(shí)，p-ASA的吸附被抑制，p-ASA的最大吸附容量為21.73 mg/g，低于單一體系的最大吸附容量(41.16 mg/g)。而p-ASA的存在對(duì)As(V)的吸附過程影響很小，這表明HFOR對(duì)As(V)具有很強(qiáng)的親和力和高選擇性。優(yōu)先吸附發(fā)生的原因有兩個(gè)。首先，靜電作用的強(qiáng)度強(qiáng)烈依賴于pH，在相同pH下，As(V)攜帶的負(fù)電荷量高于p-ASA攜帶的負(fù)電荷量。其次，p-ASA和As(V)可以與HFO特異性鍵合形成復(fù)合物。As(V)可以提供四個(gè)可能的位點(diǎn)以與HFO形成單核復(fù)合物，而p-ASA只能提供三個(gè)邊緣位置以與HFO形成單核復(fù)合物。與p-ASA相比，As(V)可以提供更多的配位點(diǎn)，從而使前者可以輕松地與HFO形成表面配合物。因此，當(dāng)As(V)和p-ASA共存于一個(gè)系統(tǒng)中時(shí)，HFOR對(duì)As(V)的吸附容量高于p-ASA。

　　圖3共存陰離子對(duì)(a)As(V)，(b)p-ASA單一和二元體系中的吸附的影響，(c)HA對(duì)在單一和二元體系中As(V)和p-ASA的吸附的影響

　　圖4(a)As(V)，(b)p-ASA在唯一和二元體系中的吸附動(dòng)力學(xué)

　　圖5單一系統(tǒng)中As(V)和p-ASA的吸附等溫線

　　圖6As(V)和p-ASA在不同系統(tǒng)中的吸附

　　圖7 吸附前后HFOR在不同pH值下的Zeta電位

　　圖8 砷吸附前后HFOR的XPS光譜：(a)掃描掃描，(b)Fe 2p，(c)O 1 s和(d)As 3d。

　　圖9 p-ASA和As(V)的吸附/解吸機(jī)理

　　靜電相互作用和配位是促進(jìn)HFOR完成As(V)吸附的主要方法。HFO納米粒子對(duì)As(V)的特異性吸附，這可能是As(V)吸附的主要作用。

　　HFOR對(duì)p-ASA的吸附可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)。Fe-O-As的強(qiáng)配位，靜電引力，氫鍵以及弱的π-π-EDA有助于HFOR在p-ASA上的出色吸附性能。以前的實(shí)驗(yàn)表明，在二元系統(tǒng)中，As(V)和p-ASA之間存在明顯的HFOR競(jìng)爭(zhēng)性吸附，這是由于HFO作為吸附劑的主要功能成分，對(duì)不同的砷物質(zhì)表現(xiàn)出不同的選擇性。此外，p-ASA取代基的空間位阻可能會(huì)減弱吸附親和力，也導(dǎo)致p-ASA的吸附能力低于As(V)。

　　圖10 HFOR的穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性：(a)As(V)和p-ASA在HFOR上的循環(huán)吸附-再生運(yùn)行，(b)耐酸性(pH = 1)和(c)耐堿性(pH = 13)

　　在極端酸性的環(huán)境下，鐵的溶解量隨酸浸出時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，這可以歸因于鐵在過量的H+存在下傾向于以離子態(tài)存在。96小時(shí)后鐵的溶出率小于6%。在極端堿性環(huán)境下，鐵的溶解率小于2%，表明HFOR具有優(yōu)異的耐酸堿性能。HFOR在很寬的pH范圍內(nèi)均具有出色的吸附性能，表明可以避免二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

　　圖11(a)通過HFOR從合成進(jìn)料溶液中去除As(V)和p-ASA的突破曲線，以及(b)在298 K下再生的HFOR

　　小結(jié)：本文制備了多功能吸附劑HFOR，并研究了其對(duì)溶液中As(V)和p-ASA同時(shí)去除性能。與其他常用的吸附材料相比，HFOR去除兩種不同類型的砷污染物的能力更為突出。As(V)和p-ASA的吸附容量分別達(dá)到60 mg As/g和22 mg/g。這種優(yōu)勢(shì)可歸因于HFOR的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和多個(gè)官能團(tuán)的協(xié)同作用，尤其是封裝的HFO納米顆粒在兩種砷物質(zhì)上的特異性吸附。HFOR表現(xiàn)出對(duì)As(V)的優(yōu)先吸附，并且氫鍵與π–π–EDA的協(xié)同相互作用促使其對(duì)p-ASA保持了理想吸附能力。即使在競(jìng)爭(zhēng)離子的高濃度下，As(V)和p-ASA在HFOR上的吸附能力仍保持在相當(dāng)高的水平。對(duì)初始pH值的影響和對(duì)材料穩(wěn)定性的分析結(jié)果證實(shí)了HFOR的出色功能，包括高耐酸堿性能，二次污染的零風(fēng)險(xiǎn)以及在寬pH范圍(pH 5-9)中的可用性。提取的HFOR可以使用堿性溶液有效地再生。經(jīng)過五個(gè)循環(huán)的再生，HFOR保持了凈化污染物的能力以及可回收性。As(V)和p-ASA的吸附容量分別高于55 mg As / g和18 mg / g。這項(xiàng)研究證實(shí)了HFOR作為控制水環(huán)境中砷污染的有效吸附劑的潛在應(yīng)用價(jià)值，為解決污染物共存問題提供了新思路，并擴(kuò)大了功能性樹脂吸附劑在水污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用。

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