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零价铁去除饮水中砷As(Ⅲ)性能的研究
摘要：
本文研究了零价铁（Fe0）去除饮水中As（Ⅲ）的性能。采用一系列实验考察了不同因素对Fe0去除As（Ⅲ）的影响，包括Fe0颗粒大小、初始As（Ⅲ）浓度、溶解氧、pH值和水中其他元素的存在。结果表明，Fe0的粒径越小、As（Ⅲ）浓度越低、氧气含量越少、pH值越低和其他元素存在越少，Fe0去除As（Ⅲ）的效果越好。通过对实验数据进行分析，建立了Fe0去除As（Ⅲ）的动力学模型和吸附等温线，并探讨了Fe0去除As（Ⅲ）作用机制。本研究为饮用水水处理工艺提供了新的思路和方法。
关键词：零价铁；As（Ⅲ）；吸附；动力学模型；吸附等温线
1.引言
砷是一种常见的地球元素之一，广泛存在于自然环境中。然而，由于人类工业和农业活动的影响，砷被大量释放到环境中，造成了严重的污染。砷污染对公众健康的影响日益受到关注。据统计，全球约有数百万人受到高砷水的威胁，其中大多数集中在南亚、东南亚和拉美地区（Lietal.2015）。
由于砷化合物对人体健康的危害，世界卫生组织（WHO）和美国环境保护署（EPA）将砷的安全浓度限制在10μg/L以下。然而，有些地区的饮用水中的砷浓度远远超出了该限值。因此，采取有效的水处理技术来去除饮用水中的砷已成为当务之急。
目前，常用的去除饮用水中砷的方法包括氧化、还原、吸附和膜过滤等。与其他方法相比，零价铁（Fe0）由于具有天然的分散分散分散分散分散分散分散分散相，不需要再次处理，不会对环境产生二次污染的优点，被越来越多的研究者用于去除饮用水中的砷。
本文研究了零价铁（Fe0）去除饮水中As（Ⅲ）的性能。实验考察了不同因素对Fe0去除As（Ⅲ）的影响，并建立了Fe0去除As（Ⅲ）的动力学模型和吸附等温线。最后，探讨了Fe0去除As（Ⅲ）的作用机制。
2.实验方法
2.1实验材料
实验材料包括Fe0颗粒、As（Ⅲ）标准溶液、Na2SO4和HCl等。
Fe0颗粒的制备方法如下：首先将铁粉加入去离子水中，用搅拌器搅拌20min，放置48h，将底部的Fe0颗粒取出，用去离子水洗净后烘干，得到Fe0颗粒。
2.2实验流程
将一定量的Fe0颗粒加入一定体积的As（Ⅲ）溶液中，在一定温度下静置一定时间，取一定体积的上清液，检测As（Ⅲ）的浓度，据此计算Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的效果。同时，改变实验条件，考察不同因素对Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的影响。
2.3实验指标
实验指标包括Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的效果、Fe0颗粒粒径、初始As（Ⅲ）浓度、溶解氧、pH值和吸附等温线等。
3.实验结果与分析
3.1Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的效果
实验结果表明，Fe0颗粒可以有效地去除饮用水中的As（Ⅲ）。当Fe0颗粒的初始质量为0.3g，As（Ⅲ）的初始浓度为100μg/L时，Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的效果可以达到95%以上。
3.2不同因素对Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的影响
3.2.1Fe0颗粒粒径的影响
实验结果表明，Fe0颗粒的粒径对其去除As（Ⅲ）的效果具有重要影响。当Fe0颗粒的粒径越小，其去除As（Ⅲ）的效果越好。这是因为Fe0颗粒的表面积随着颗粒大小的减小而增大，从而提高了Fe0颗粒对As（Ⅲ）的吸附能力。
3.2.2初始As（Ⅲ）浓度的影响
实验结果表明，随着As（Ⅲ）浓度的增加，Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的效果逐渐降低。这是因为当As（Ⅲ）浓度较低时，As（Ⅲ）与Fe0颗粒表面的氧化铁物质反应较快，从而增加了As（Ⅲ）的吸附速率。而当As（Ⅲ）浓度较高时，Fe0颗粒表面的氧化铁物质已被As（Ⅲ）消耗殆尽，导致As（Ⅲ）的吸附速率下降。
3.2.3溶解氧的影响
实验结果表明，随着溶解氧浓度的减少，Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的效果逐渐增大。这是因为溶解氧可以氧化Fe0颗粒表面的氧化铁物质，从而减弱了Fe0颗粒对As（Ⅲ）的吸附能力。
3.2.4pH值的影响
实验结果表明，随着pH值的降低，Fe0颗粒对As（Ⅲ）的去除效果逐渐增强。这是因为在较低的pH值下，Fe0颗粒表面的还原性能较强，从而可以将As（Ⅲ）还原为As（Ⅴ），进一步增强了Fe0颗粒对As（Ⅲ）的吸附能力。
3.2.5其他元素的存在对Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的影响
实验结果表明，当水中同时存在其他元素（如SO42-、NO3-、Cl-等）时，其对Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的效果具有一定的影响。其中，NO3-和Cl-等阴离子会竞争与Fe0颗粒表面的氧化铁物质反应，抑制As（Ⅲ）的吸附能力；而SO42-等阴离子会通过与Fe0颗粒反应，形成硫酸根离子，进一步抑制Fe0颗粒对As（Ⅲ）的吸附能力。因此，在实际应用中，应尽量减少其他元素对Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的影响。
3.3Fe0颗粒去除As（Ⅲ）的动力学模型和吸附等温线
基于实验数据，本文建立