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砷(Arsenic)是自然界中普遍存在且有强毒性的元素,环境砷污染已受到全球广泛关注。大量研究表明,铁氧化物对砷的界面行为和迁移转化过程起重要作用。还原环境,特别是次氧化和弱还原环境中大量存在的Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对砷的环境地球化学循环有重要的影响,但是目前关于还原环境中Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对砷的吸附的研究还非常缺乏,铁还原程度发生变化时形成的Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对砷的吸附动力学、吸附容量的研究仍较为缺乏,对其固持和影响砷界面行为的机理认识仍不清晰,需要进一步深入系统的研究。本课题通过研究厌氧条件下不同初始Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)摩尔比合成的Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)共吸附,分析As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物上的分配,初步阐明了As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物上的吸附行为和特征,为更好的理解铁氧化物对砷的吸附机理提供帮助。本研究的主要目的:(1)通过拉曼等光谱表征揭示不同Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物的矿物组成;(2)通过还原环境下Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的共吸附实验研究,揭示环境介质(土壤、沉积物)中Fe的不同还原程度、pH对砷的界面行为的影响,进而探讨Fe还原过程影响砷行为的机理。 通过系统的研究,主要取得了以下初步研究成果: (1)准二级动力学方程能较好的反映Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附动力学过程,Langmuir等温方程能较好的描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物上的吸附特征。 (2)由吸附动力学和等温线结果可知,pH=9下,随着初始Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的增加,制备的Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对As(Ⅲ,Ⅴ)的吸附量呈降低趋势,且pH=9时,不同Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)(氢)氧化物对As(Ⅲ)的吸附量高于As(Ⅴ)。硫酸盐和氯化物介质在相同Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)下形成的铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量存在一些差别。 (3) As(Ⅲ)和As(Ⅴ)同时存在时在不同Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)氧化物上的pH吸附边界呈现出相似的趋势,即在酸性和中性条件下对As(Ⅴ)的吸附量较大,在碱性条件下对As(Ⅲ)吸附量较大;但是不同Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)氧化物上的pH吸附边界存在差异,Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)为0和0.1时制备的铁氧化物在pH=4~9范围内对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量变化不大,而Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)>1下制备的铁氧化物在pH=4~10范围内对As(Ⅲ)吸附量呈增加趋势,对As(Ⅴ)的吸附量呈降低趋势。