新型生物陶粒濾料3-5mm生產廠家在含砷廢水處理方面取得新進展

　　新型生物陶粒濾料3-5mm廠家在含砷廢水處理方面取得新進展。仁源水處理材料根據不同類型砷的分子結構和理化性質，從吸附劑的骨架性質及其對被吸附物的親和力和選擇性的角度出發，制備了負載水合氧化鐵的離子交換樹脂復合材料，系統研究了它對有機砷和無機砷的吸附性能。本文為同時處理含多類含砷化合物的含砷廢水提供了思路。

　　有機砷被廣泛用作動物飼料添加劑，以此來殺死寄生蟲和促進動物生長。動物攝入的大部分有機砷不會在其體內發生代謝反應，它們以未改變的化學形態直接通過糞便和尿液排出體外。盡管有機砷毒性較低，但它們可以通過非生物和生物轉化為高毒性的無機砷，從而污染土壤和水。無機砷在含氧、高pH條件下，往往以五價砷離子(As(V))的形式存在。長期接觸無機砷會增加人類患癌癥的風險，因此有必要采取有效的方法來處理水溶液中的砷。

　　吸附具有操作簡單、成本低等特點而受到廣泛關注。目前，主要的砷吸附材料有活性炭、金屬氧化物、聚合物材料等。然而，這些材料存在一些缺點。例如，金屬氧化物具有高吸附能力和理想的再生能力，但它們的機械強度低且容易堵塞，難以直接應用于柱吸附。聚合物吸附劑具有納米孔結構，可調節的表面化學性質和有效的再生能力等特點，然而他們對污染物的去除僅限于單一的物理或化學吸附，難以同時去除多種環境污染物。因此，有必要開發一種新型的功能性吸附劑，以同時去除不同的砷污染物。

　　無機砷在溶液中以離子形式存在，可通過靜電或配位作用吸附它。對于有機污染物，范德華力是各種吸附材料共有的共同相互作用。微孔填充是具有微孔結構的材料的另一重要吸附途徑。

　　吸附劑表面有機污染物與官能團之間發生的常見相互作用包括酸堿相互作用，氫鍵和π–π–電子供體–受體相互作用(π–π–EDA)。同時去除水中有機毒物和無機污染物的關鍵在于將不同的吸附位有效地結合成一個單元。開發出能夠同時去除有機砷(PAC)和無機砷的吸附材料仍然存在挑戰。

　　本文利用陰離子交換樹脂來負載水合氧化鐵HFO合成HFOR，并用于同時從水中去除p-ASA和As(V)。首先，分析了HFOR的理化性質，綜合評估了HFOR在不同砷物種上的吸附性能。其次，系統研究了HFOR對p-ASA和As(V)的等溫平衡及吸附動力學，揭示了不同砷的吸附途徑，并研究了pH和共存物質對HFOR吸附性能的影響。最后，進行了循環吸附再生和固定床柱實驗，以評估該材料在長期應用中的可行性。

　　圖1在(a)單一和(b)二元體系中，As(V)和p-ASA在五種吸附劑上的吸附

　　HFOR能有效地同時去除溶液中的As(V)和p-ASA。該研究有望為研究去除特定的共存水污染物提供新思路，并擴大功能樹脂在水污染控制領域的應用范圍。由于在p-ASA存在下As(V)的優先吸附，可以通過不同的途徑將不同的砷物質吸附到HFOR上。

　　圖2溶液pH對(a)單一體系和(b)二元體系中As(V)和p-ASA吸附的影響

　　溶液中有As(V)存在時，p-ASA的吸附被抑制，p-ASA的最大吸附容量為21.73 mg/g，低于單一體系的最大吸附容量(41.16 mg/g)。而p-ASA的存在對As(V)的吸附過程影響很小，這表明HFOR對As(V)具有很強的親和力和高選擇性。優先吸附發生的原因有兩個。首先，靜電作用的強度強烈依賴于pH，在相同pH下，As(V)攜帶的負電荷量高于p-ASA攜帶的負電荷量。其次，p-ASA和As(V)可以與HFO特異性鍵合形成復合物。As(V)可以提供四個可能的位點以與HFO形成單核復合物，而p-ASA只能提供三個邊緣位置以與HFO形成單核復合物。與p-ASA相比，As(V)可以提供更多的配位點，從而使前者可以輕松地與HFO形成表面配合物。因此，當As(V)和p-ASA共存于一個系統中時，HFOR對As(V)的吸附容量高于p-ASA。

　　圖3共存陰離子對(a)As(V)，(b)p-ASA單一和二元體系中的吸附的影響，(c)HA對在單一和二元體系中As(V)和p-ASA的吸附的影響

　　圖4(a)As(V)，(b)p-ASA在唯一和二元體系中的吸附動力學

　　圖5單一系統中As(V)和p-ASA的吸附等溫線

　　圖6As(V)和p-ASA在不同系統中的吸附

　　圖7 吸附前后HFOR在不同pH值下的Zeta電位

　　圖8 砷吸附前后HFOR的XPS光譜：(a)掃描掃描，(b)Fe 2p，(c)O 1 s和(d)As 3d。

　　圖9 p-ASA和As(V)的吸附/解吸機理

　　靜電相互作用和配位是促進HFOR完成As(V)吸附的主要方法。HFO納米粒子對As(V)的特異性吸附，這可能是As(V)吸附的主要作用。

　　HFOR對p-ASA的吸附可通過多種途徑實現。Fe-O-As的強配位，靜電引力，氫鍵以及弱的π-π-EDA有助于HFOR在p-ASA上的出色吸附性能。以前的實驗表明，在二元系統中，As(V)和p-ASA之間存在明顯的HFOR競爭性吸附，這是由于HFO作為吸附劑的主要功能成分，對不同的砷物質表現出不同的選擇性。此外，p-ASA取代基的空間位阻可能會減弱吸附親和力，也導致p-ASA的吸附能力低于As(V)。

　　圖10 HFOR的穩定性和可重復使用性：(a)As(V)和p-ASA在HFOR上的循環吸附-再生運行，(b)耐酸性(pH = 1)和(c)耐堿性(pH = 13)

　　在極端酸性的環境下，鐵的溶解量隨酸浸出時間的延長而逐漸增加，這可以歸因于鐵在過量的H+存在下傾向于以離子態存在。96小時后鐵的溶出率小于6%。在極端堿性環境下，鐵的溶解率小于2%，表明HFOR具有優異的耐酸堿性能。HFOR在很寬的pH范圍內均具有出色的吸附性能，表明可以避免二次污染的風險。

　　圖11(a)通過HFOR從合成進料溶液中去除As(V)和p-ASA的突破曲線，以及(b)在298 K下再生的HFOR

　　小結：本文制備了多功能吸附劑HFOR，并研究了其對溶液中As(V)和p-ASA同時去除性能。與其他常用的吸附材料相比，HFOR去除兩種不同類型的砷污染物的能力更為突出。As(V)和p-ASA的吸附容量分別達到60 mg As/g和22 mg/g。這種優勢可歸因于HFOR的獨特結構和多個官能團的協同作用，尤其是封裝的HFO納米顆粒在兩種砷物質上的特異性吸附。HFOR表現出對As(V)的優先吸附，并且氫鍵與π–π–EDA的協同相互作用促使其對p-ASA保持了理想吸附能力。即使在競爭離子的高濃度下，As(V)和p-ASA在HFOR上的吸附能力仍保持在相當高的水平。對初始pH值的影響和對材料穩定性的分析結果證實了HFOR的出色功能，包括高耐酸堿性能，二次污染的零風險以及在寬pH范圍(pH 5-9)中的可用性。提取的HFOR可以使用堿性溶液有效地再生。經過五個循環的再生，HFOR保持了凈化污染物的能力以及可回收性。As(V)和p-ASA的吸附容量分別高于55 mg As / g和18 mg / g。這項研究證實了HFOR作為控制水環境中砷污染的有效吸附劑的潛在應用價值，為解決污染物共存問題提供了新思路，并擴大了功能性樹脂吸附劑在水污染控制領域的應用。

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