施氏矿物对水体中as(ⅴ)和cr(ⅵ)同步去除试验研究

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1、施氏矿物对水体中As(V)和Cr(VI)同步去除试验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：牟海燕指导教师：刘元元副教授专业：环境工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月AnexperimentalstudyofSimultaneousRemovalofAqueousAs(V)andCr(VI)bySchwertmanniteAThesissubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngin

2、eeringByMouHaiyanSupervisedbyAss.Prof.LiuYuanyuanSpecialty:EnvironmentalEngineeringFacultyofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineering,ChongqingUniversity,ChongqingChinaMay,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要酸性矿山废水、电镀等工业废水以及树木防腐剂（ChromatedCopperAsenate，CCA）的使用都会导致污染水体中同时存在砷、铬污染。砷和铬均具有毒性和致癌性

3、，其造成的水污染对人体健康和环境都具有很大的威胁。世界卫生组织(WHO)规定饮用水中Cr(VI)和As(V)分别不能超过50μg/L和10μg/L，面对日益严格的砷和铬污染控制要求，寻求高效经济的同步去除水体中的As(V)和Cr(VI)的技术迫在眉睫。Cr(VI)的去除过程中通常将其还原成毒性低的Cr(III)再进一步去除，但当水体中同时存在Cr(VI)的As(V)时，还原环境会使As(V)还原成毒性更大的As(III)，不利于Cr(VI)的As(V)的同步高效去除。天然施氏矿物（SHW）大量存在于酸性矿山废水中，并检测到能富集大量的砷和铬，其作为一

4、种环境矿物材料在处理重金属污染废水时能耗小，成本低，不易产生二次污染，此外，矿物材料具有化学性质稳定，比表面积高，颗粒较细和孔道结构等特点，有利于污染物的吸附去除。本文采用快速简单的化学方法进行实验室合成施氏矿物；研究化学合成施氏矿物对As(V)、Cr(VI)的吸附动力学以及pH值对其吸附过程的影响；研究施氏矿2-3-物的As(V)、Cr(VI)同步吸附效能、共存含氧阴离子SO4、PO4和体系pH等重要环境因素的影响；采用SEM-EDS、XPS、STEM-EDS(Mapping）等表征手段寻求直接证据分析探究施氏矿物对污染水体中As(V)/Cr(VI

5、)的同步去除机理。通过本文研究，得到以下主要结论：1）采用简捷的化学方法可在较短的时间周期内（约2d）合成施氏矿物，且合成的施氏矿物比表面积较大，有利于对As(V)和Cr(VI)的吸附；2）实验室化学合成的施氏矿物吸附As(V)和Cr(VI)的速率均较快，对As(V)的吸附效率高于Cr(VI)；在实验室设定的As(V)和Cr(VI)初始浓度范围内，施氏矿物对As(V)和Cr(VI)的吸附24h内可以达到平衡。pH值在3~7之间时，施氏矿物对As(V)的吸附能力较强；pH值在4.5~7之间时，施氏矿物对Cr(VI)的吸附能力较强。总体来说，pH值对Cr

6、(VI)的吸附过程影响更大。3）施氏矿物可以同步高效去除水体中的As(V)和Cr(VI)。向施氏矿物吸附As(V)的体系中加入Cr(VI)，对As(V)的吸附效率几乎不产生影响；而在施氏矿物吸附Cr(VI)的体系中加入As(V)，对Cr(VI)的吸附有较大的抑制作用。施氏矿物对As(V)的吸附性能高于Cr(VI)；在As(V)和Cr(VI)的初始浓度分别为0.3467mM和0.4716mM时，施氏矿物0.5g/L，pH=4.5条件下，其对As(V)和Cr(VI)的吸附能力分别可达到0.6881mMAs(V)/g.SHW和0.4018mMCr(VI)/

7、g.SHW。2-3-4）SO4和PO4共存含氧阴离子均会对施氏矿物吸附As(V)和Cr(VI)产生抑制I重庆大学硕士学位论文中文摘要2-3-3-2-作用，SO4和PO4均对Cr(VI)的影响更大；此外，PO4比SO4的抑制作用更强。5）预处理施氏矿物未能提高对As(V)和Cr(VI)的吸附效能。回收处理后的施氏矿物对As(V)和Cr(VI)依然具有一定的吸附能力。6）施氏矿物对As(V)和Cr(VI)单独吸附和同步吸附时其吸附机制有一定的差异。XPS分析表示施氏矿物去除As(V)和Cr(VI)的过程中均未无氧化还原反应。2-As(V)和Cr(VI)去

8、除量与SO4析出量的相关性显示，当施氏矿物单独去除As(V)2-和Cr(VI)时，约40%的Cr(VI)以与