鐵氧化物吸附去除水中銻的研究進(jìn)展

1、    鐵氧化物吸附去除水中銻的研究進(jìn)展    羅海翠 周躍飛摘要：以鐵氧化物為對象，梳理了應(yīng)用不同鐵氧化物為處理材料對水中銻的吸附去除作用，分析了鐵氧化物吸附去除水中銻的反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)熱力學(xué)以及ph值、共存陰離子種類等影響因子對吸附效能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鐵氧化物對水中銻具有良好的去除作用，不同鐵氧化物與銻的反應(yīng)機制有所差異，以期為發(fā)掘鐵氧化物在環(huán)境功能領(lǐng)域的潛能以及水中銻污染的治理提供參考。關(guān)鍵詞：鐵氧化物;銻;吸附;去除;機制中圖分類號：x52文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1674-9944（2020）14-0105-031 引言銻

2、（sb）是元素周期表中第51號元素， 位于第5周期第v主族， 其化學(xué)性質(zhì)與第4周期第v主族的元素砷（as）相似1。我國作為銻消耗大國，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，過量的銻被排放到自然環(huán)境中，在空氣、土壤和水體中都檢測到較高濃度的銻2。銻已被證實對人體和生物具有毒性和致癌性，可通過食物鏈聚集，危害人體健康3。銻具有潛在致癌作用， 值得注意的時候sb（iii）的毒性遠(yuǎn)高于sb（v） 4， 由此， 飲用水中sb濃度被嚴(yán)格限定， 如美國環(huán)保總署規(guī)定飲用水中sb濃度上限為6 g/l5。雖然在地殼中銻的豐度較低（約為0.1 mg/kg）， 但人類活動中的礦山開采和工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致局部水體中sb富集， 極大地增加了sb

3、危害人類健康的風(fēng)險6。因此， 開發(fā)高效除銻工藝技術(shù)成為環(huán)境工程領(lǐng)域的一個熱點。目前已發(fā)現(xiàn)， 自然條件下銻的遷移和轉(zhuǎn)化主要是由沉淀作用和吸附作用共同控制的，鐵、錳和鋁等的氧化物、氫氧化物形成的礦物被認(rèn)為是環(huán)境中銻的天然螯合劑，鐵氧化物對sb有氧化脫毒作用和吸附作用， 因此其不僅是自然條件下制約銻地球化學(xué)行為的最主要物相7， 也是潛在的含sb廢水處理材料。目前水鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦以及鐵氧化物與錳氧化物的二元混合物等對水中sb的吸附去除作用已得到廣泛研究。2 鐵氧化物吸附去除水中銻的研究2.1 反應(yīng)動力學(xué)開展了sb吸附的反應(yīng)動力學(xué)研究，watkins等研究認(rèn)為sb（）在

4、針鐵礦表面的吸附為一級反應(yīng)8。而xi等認(rèn)為是二級反應(yīng)9。qi等（2016， 2017）認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)一級反應(yīng)10，11。 shan等認(rèn)為sb（）在赤鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)一級反應(yīng)12。mccomb等認(rèn)為sb（）在水鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)一級反應(yīng)13。simeonidis 等（2017）認(rèn)為sb（）在針鐵礦表面的吸附為準(zhǔn)二級反應(yīng)14。ambe認(rèn)為sb（）在赤鐵礦表面的吸附為二級反應(yīng)15。qi等認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附為elovich反應(yīng)10，11。2.2 反應(yīng)熱力學(xué)開展了sb吸附的熱力學(xué)研究，目前多數(shù)研究認(rèn)為sb在鐵氧化物表面的吸附為單分子層的化學(xué)吸附， 可以用lan

5、gmuir、freundlich或介于二者之間的sips等溫吸附方程進(jìn)行描述。watkins等認(rèn)為針鐵礦對sb（）的吸附同時符合langmuir和freundlich等溫方程8， xi等及vithanage等認(rèn)為更符合freundlich等溫方程9.16， guo等則認(rèn)為更符合langmuir等溫方程17。shan等對赤鐵礦的研究認(rèn)為sb（）在其表面的吸附符合sips等溫方程9。qi等研究認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附符合langmuir或sips等溫吸附方程10，11。tighe等及cai等認(rèn)為水鐵礦對sb（）的吸附符合freundlich等溫方程18，19。vithanage等認(rèn)為針鐵礦對

6、sb（）的吸附符合雙langmuir等溫方程16， guo等則認(rèn)為更符合langmuir等溫方程17。qi等認(rèn)為sb（）在磁鐵礦表面的吸附可以用langmuir或sips等溫方程進(jìn)行描述10，11。kolbe等研究發(fā)現(xiàn)四方纖鐵礦對sb（）的吸附符合langmuir等溫方程20。2.3 影響因子制約鐵氧化物吸附sb的因素主要有ph值、背景離子強度、共存陰離子、天然有機質(zhì)等。ph值影響sb吸附的大致規(guī)律是： sb（）的吸附不受ph值（或隨ph值上升略有增強）的影響， 而sb（）的吸附隨ph值升高而減弱。共存陰離子中硝酸根、硫酸根、碳酸根、天然有機質(zhì)等對sb的吸附幾乎沒有影響， 磷酸根和天

7、然有機質(zhì)會在一定程度上抑制sb的吸附1023。此外控制環(huán)境因素還包括氧化還原勢（eh）、ph值、doc （ha）、有機和無機配體、溫度等，它們直接影響sb在各種吸附劑表面上的吸附。2.4 絡(luò)合機制探討研究發(fā)現(xiàn)， sb（）與sb（）在鐵氧化物表面均通過內(nèi)球絡(luò)合作用吸附， 但是， 在絡(luò)合模式上目前尚未達(dá)成一致認(rèn)識。對sb（）吸附， 一種觀點認(rèn)為絡(luò)合模式為雙齒雙核（2c） 21，24， 另有學(xué)者認(rèn)為是雙齒單核（2e）。對sb（）的吸附， scheinost等認(rèn)為絡(luò)合模式為2c， guo等認(rèn)為是2e17，25。 此外， 鐵氧化物自身的結(jié)構(gòu)也會影響sb的絡(luò)合模式， 如研究發(fā)現(xiàn)sb（）在磁鐵礦表

8、面具有特殊絡(luò)合模式， 為三齒六核（3c）， 與as（）在磁鐵礦表面的絡(luò)合模式相同， 即sb（）或as（）直接占據(jù)礦物表面的四面體位; sb（）在磁鐵礦表面則具有2e絡(luò)合模式26，27。2.5 氧化還原研究已有研究發(fā)現(xiàn)， 針鐵礦表面吸附的sb（）可以在中堿性條件下迅速釋放， 原因是針鐵礦作為催化劑， 加速了sb（）的氧化， 產(chǎn)物sb（）吸附能力較低， 因此其與fe（）共同向溶液中釋放8，9，17，21。belzile等發(fā)現(xiàn)水鐵礦對sb（）具有氧化作用， 并且氧化速率符合一級動力學(xué)方程28。qi等發(fā)現(xiàn)磁鐵礦中摻雜的cu（）可以氧化sb（） ， kirsch等發(fā)現(xiàn)納米磁鐵礦對sb（v）具有

9、還原作用11，26?？梢?， sb5+/sb3+與fe3+/fe2+具有相近的電極電勢， sb與fe共存體系中， 既可發(fā)生fe（）氧化sb（）作用， 也可發(fā)生sb（）氧化fe（）的作用， 制約反應(yīng)的主要因素是fe的賦存形態(tài).2.6 鐵氧化物改性有研究發(fā)現(xiàn)， cu（）和ce（）摻雜可以顯著降低磁鐵礦的粒徑， 進(jìn)而提高其對sb的吸附能力和吸附速率10，11，錳氧化物的存在能有效提高鐵氧化物對銻的氧化脫毒和吸附作用29。3 結(jié)論鐵氧化物在自然界儲量大，資源豐富，廣泛分布于各種沉積環(huán)境中，在制約重金屬銻的地球化學(xué)行為、催化、氧化等方面具有良好的效能，顯示出鐵氧化物作為水污染治理材料具

10、有很高的實用價值，對合理利用鐵礦資源和除銻技術(shù)開發(fā)具有重要意義。參考文獻(xiàn)1黃正玉，寧增平，肖唐付，等.不同類型吸附劑去除水體中sb（）的對比研究j.地球與環(huán)境，2017，45（5）：523530.2許光眉，施 周，鄧 軍.石英砂負(fù)載氧化鐵吸附除銻的研究j.環(huán)境化學(xué)，2006（4）：481484.3吳汯翰.銻在環(huán)境中的形態(tài)變化及生物毒性研究j.節(jié)能，2018，37（8）：8687.4 bencze k. （1994） antimony. in： seiler， h.g.， sigel， a.， sigel， h. （eds.）， handbook on metals in c

11、linical and analytical chemistrym.new york：marcel dekker，1994，227236.5 united states environmental protection agency. national primary drinking water standards. usepa office of water， washington， dc， usa， doc. 810-f-94-001.6 filella m.， belzile n.， chen y w. antimony in the environment： a review foc

12、used on natural watersj. earth-sci. rev，200257（1）： 125176.7 sharifi r.， behnam m.， keshavarzi b.mobility and chemical fate of arsenic and antimony in water and sediments of sarouq river catchment， takab geothermal field， northwest iranj. environ. manag.2016（170）： 136144.8 watkins r.， weiss d.， dubbi

13、n w.， et al.investigations into the kinetics and thermodynamics of sb（iii） adsorption on goethite （-feooh）j. coll. interf. sci，2006，303（2）： 639646.9 xi j.， he m.， wang k.， et al. adsorption of antimony（iii） on goethite in the presence of competitive anionsj. geochem. explor，2013（132）： 201208.10 qi z

14、.， lan h.， joshi p.， et al. enhanced oxidative and adsorptive capability towards antimony by copper-doping into magnetite magnetic particlesj. rsc adv，2016（6）： 6699067001.11 qi z.， joshi t p. liu r.， et al. synthesis of ce（iii）-doped fe3o4 magnetic particles for efficient removal of antimony from aq

15、ueous solutionj.hazard. mat，2017（329）： 193204.12 shan c.， ma z y.， tong m p. efficient removal of trace antimony（iii） through adsorption by hematite modified magnetic nanoparticlesj. hazard. mater，2014（268）： 229236.13 mccomb k a.， craw d.， mcquillan j. atr-ir spectroscopic study of antimonate adsorp

16、tion to iron oxidej.langmuir， 2007（23）：1212512130.14 simeonidis k.， papadopoulou v.， tresintsi s.， et al. efficiency of iron-based oxy-hydroxides in removing antimony from groundwater to levels below the drinking water regulation limitsj.sustainability，2017（9）： 238.15 ambe s. adsorption kinetics of

17、antimony（v） ions onto -fe2o3 surfaces from an aqueous solutionj.langmuir，1987（3）： 489493.16 vithanage m.， rajapaksha a u.， dou x.， et al. surface complexation modeling and spectroscopic evidence of antimony adsorption on iron-oxide-rich red earth soilsj.coll. interf. sci，2013（406）： 217224.17 guo x.，

18、 wu z.， he m.， et al. adsorption of antimony onto iron oxyhydroxides： adsorption behavior and surface structurej. hazard. mat，2014（276）： 339345.18 tighe m.， lockwood p.， wilson s. adsorption of antimony（v） by floodplain soils， amorphous iron（iii） hydroxide and humic acidj.environ. monit，2005（7）： 117

19、71185.19 cai y.， li l.， zhang h.kinetic modeling of ph-dependent antimony（v） sorption and transport in iron oxide-coated sandj.chemosphere， 2015（138）： 758764.20 kolbe f.， weiss h.， morgenstern p.， et al. sorption of aqueous antimony and arsenic species onto akaganeitej. coll. interf. sci，2011，357（2）

20、： 460465.21 leuz a k.， mnch h.， johnson c a.sorption of sb（iii） and sb（v） to goethite： influence on sb（iii） oxidation and mobilizationj.environ. sci. technol. 2006（40）： 72777282.22 qi p.， pichler t. sequential and simultaneous adsorption of sb（iii） and sb（v） on ferrihydrite： implications for oxidati

21、on and competitionj.chemosphere， 2016（145）： 5560.23 muller t.， craw d.， mcquillan j. arsenate and antimonate adsorption competition on 6-line ferrihydrite monitored by infrared spectroscopy. appl. geochem，2015（61）： 224232.24 mitsunobu s.， harada t.， takahashi y. comparison of antimony behavior with that of arsenic under various soil redox conditionsj.environ. sci. technol，2006（40）： 72707276.25 scheinost a c.， rossberg a.， vantelon d.， et al.quantiative antimony speciation in shooting-range soils by exafs spectroscopyj.geochim. cosmochim.