非生物因素驱动条件下As-Zn-Al/Fe-CO3/SO4 HTLCs的缺氧还原稳定性探究

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eden_1005
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砷迁移至水体造成的水污染已经成为目前全球最严峻的问题之一。水滑石(HTLCs)因其独特的结构特性,已被证明对有毒有害重金属元素污染物具有良好的吸附能力。当尾矿作业后的废渣经长时间风化,被排入水体中、湿地和土壤中被土壤覆盖时均可产生上述的缺氧还原条件。并且随着水下深度的增加会出现明显的还原梯度,此外,一些细菌和微生物可以起还原作用使Fe(Ⅱ)(aq)作为无机还原剂出现在低氧到缺氧的环境中。这种缺氧还原条件可能会引起含砷水滑石(As-HTLCs)的不稳定从而可能使起初被吸附的As再次被释放到周围的环境中造成环境污染。至今为止,还未见相关有关含有毒有害污染元素如砷(As)的HTLCs在缺氧还原条件下的结构稳定性报道。因此,本工作首先使用常用的也是最简易的共沉淀法合成了 4种Zn-Al/Fe-CO3/SO4 HTLCs,对于报道相对较少并目前且方法不太成熟的ZnFe-CO3/SO4 HTLCs,也通过改进以往的合成条件,大幅度提升了其纯度及可行性并对其使用XRD,Raman,ATR-FTIR,SEM,TEM,TG-DTG(对Zn-Al/Fe-CO3/SO4 HTLCs只采用前三种)方法进行表征,确保合成的产品具有水滑石结构并目标层间阴离子;然后进行As(V)吸附并再次表征;最后再将As-HTLCs在三种缺氧还原条件下进行实验来评估其稳定性,发现:(1)在 pH 8 和 0.5 mM Fe(Ⅱ)(aq)条件下,Zn-Al/Fe-CO3/SO4 HTLCs 溶液中的 pH 和 Eh变化范围分别为6.79~7.65,-347~-106 mV,4种HTLCs在反应期间几乎未见砷的释放。固体表征表明,除ZnAl-CO3 HTLC外,其余三种HTLCs均存在不同程度的相变,但ZnFe-HTLCs的相变整体大于ZnAl-HTLCs。(2)在 pH 8 和 10 mM Fe(Ⅱ)(aq)条件下,Zn-Al/Fe-CO3/SO4 HTLCs 溶液中的 pH 和 Eh变化范围分别为6.77~7.82,-510~-160 mV,ZnFe-CO3/SO4 HTLCs在反应的第2~6天释放出少量砷到溶液中(约0.5 mg/L和0.3 mg/L),随后砷在溶液中的浓度又迅速下降至极低浓度。反应后的固相表征表明ZnAl-HTLCs在该条件下均部分转化为水铁矿(FH),ZnAl-SO4 HTLC中,我们也发现其板层间的部分SO42-和CO32-发生离子交换。而此条件下ZnFe-HTLCs均发生大量相变,原来的水滑石结构遭到破坏。(3)在 pH 10 和 0.5 mM Fe(Ⅱ)(aq)条件下,Zn-Al/Fe-CO3/SO4 HTLCs 的 pH 和 Eh 变化范围分别为 7.06~8.89,-502~-172 mV,从实验的第 2.5 天开始,ZnAl-CO3 和 ZnFe-SO4 HTLCs向溶液中释放了一定量的砷(最大释放量分别在第3天和第4天:约为6.0mg/L(超出工业废水排放标准)和3.4 mg/L),并在随后反应期间内分别逐渐减少但仍高于本实验中其他所有样品对砷的释放量。固相表征表明4种HTLCs中仅有ZnFe-SO4 HTLC结构被严重破坏产并生成水铁矿(FH),其他三种HTLCs在反应后的固体中主要成分并未发生明显改变。
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