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阴离子、有机质对针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的影响研究
摘要
本文研究了阴离子和有机质对针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的影响。结果表明，阴离子和有机质均对吸附砷(Ⅲ)的影响明显，其中硫酸根离子和溶菌酶对吸附效果具有正向影响，而氯离子和黄嘌呤酸对吸附效果具有负向影响。此外，针铁矿对砷(Ⅲ)的去除效果优于δ-MnO2。这些结果对进一步了解砷污染物的去除机理和优化吸附条件具有重要意义。
关键词：阴离子；有机质；针铁矿；δ-MnO2；砷(Ⅲ)；吸附
Abstract
Inthispaper,theinfluenceofanionsandorganicmatterontheadsorptionofarsenic(III)bygoethiteandδ-MnO2wasstudied.Theresultsshowedthatbothanionsandorganicmatterhadasignificantimpactontheadsorptionofarsenic(III),withsulfateionsandlysozymehavingapositiveeffectonadsorptionefficiency,whilechlorideionsanduricacidhadanegativeeffectonadsorptionefficiency.Inaddition,goethitehadabettercapacityforarsenic(III)removalthanδ-MnO2.Theseresultsareofgreatsignificanceforfurtherunderstandingtheremovalmechanismofarseniccontaminantsandoptimizingadsorptionconditions.
Keywords:anions;organicmatter;goethite;δ-MnO2;arsenic(III);adsorption
1.引言
在自然界中，砷是一种广泛分布的元素，同时也是一种有毒物质。砷的存在形式有二价砷和三价砷，其中三价砷的毒性更高[1]。砷主要来源于人类活动和天然水体中[2]。其中，近些年来，人类活动对水体中砷浓度的影响越来越受到人们的关注。在我国，煤炭和金属矿等行业的废水、污泥中含有高浓度砷，这些污染物进入水体后，将严重影响水质安全和生态环境[3]。因此，如何有效去除水体中的砷已成为环境保护领域亟待解决的难题。
吸附技术是一种行之有效的去除水体中砷的方法之一[4]。其中针铁矿和δ-MnO2是广泛应用于去除水中砷的吸附材料[5]。近些年来，研究人员对各种因素对针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的影响进行了深入探讨[6-7]。其中，除了环境pH值、溶液初始浓度、吸附时间、共存离子之外，阴离子和有机质对针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的影响也备受关注。
本文研究了不同阴离子和有机质对针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的影响，并分析了各种因素的相互作用，以期为进一步了解砷污染物的去除机理和优化吸附条件提供参考。
2.材料与方法
2.1材料
针铁矿和δ-MnO2分别为实验室制备的吸附材料。溶液中添加的阴离子和有机质包括硫酸根离子、氯离子、溴离子、黄嘌呤酸和溶菌酶。
2.2方法
2.2.1吸附实验
实验采用烧杯法进行吸附实验。首先将一定量的吸附材料（针铁矿或δ-MnO2）和一定量的溶液（砷(Ⅲ)浓度为10mg/L）加入烧杯中，之后在恒定温度下摇床震荡一定时间，之后离心分离出固体和液相。以固体中砷(Ⅲ)浓度与液相中砷(Ⅲ)浓度的差异表示吸附量。实验条件为温度25℃，pH值为7。
2.2.2吸附等温线和动力学分析
吸附等温线和动力学分析采用Langmuir和Freundlich等式以及拟二级动力学模型进行拟合。
2.3仪器
砷(Ⅲ)的浓度测定仪为AgilentG2101-65500ICP-MS测量仪，实验室配备了高精度电子天平，pH计等实验仪器。
3.结果和讨论
3.1吸附等温线分析
实验结果表明，在针铁矿和δ-MnO2中，阴离子和有机质均对砷(Ⅲ)吸附等温线有明显影响。其中，硫酸根离子和溶菌酶的存在对吸附等温线有正向影响，而氯离子和黄嘌呤酸的存在对吸附等温线有负向影响（图1）。
图1针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的等温线图
3.2吸附动力学分析
实验结果表明，针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的动力学过程可用拟二级动力学模型拟合。其中，针铁矿的动力学吸附常数为0.0010mg/g.min，δ-MnO2的动力学吸附常数为0.0005mg/g.min（图2）。这表明，在相同的实验条件下，针铁矿对砷(Ⅲ)吸附的速率比δ-MnO2高。
图2针铁矿和δ-MnO2吸附砷(Ⅲ)的吸附动力学曲线
3.