铁改性杭锦土吸附剂对水中砷的去除研究

摘要

为提高天然杭锦土对水溶液中砷的吸附性能,采用氯化铁(FeCl3·6H2 O)浸渍天然黏土矿物杭锦土(HJ),制备表面负载铁氧化物的铁改性杭锦土除砷吸附剂(FHJ).通过比表面积(BET)和扫描电镜(SEM)分析技术对材料进行表征以观察其微观形貌特点,通过X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术测定材料组成及化学基团,以初步探究材料吸附除砷机理.通过批试验考察FHJ投加量、初始pH、共存离子及腐殖酸浓度对FHJ除砷效能的影响.结果表明:①当铁负载比在0～50wt％范围内时,FHJ对溶液中As(Ⅴ)吸附容量随着铁负载比的增加而增加,最佳铁负载比为33wt％,此时铁与杭锦土的理论质量比为1:3.②BET分析结果表明经铁改性后,杭锦土比表面积显著增加,由71.14 m2∕g增至158.50 m2∕g;SEM分析显示,经改性后杭锦土表面形貌发生明显变化,结合Mapping图表明铁被有效负载到杭锦土表面.③批试验结果表明,As(Ⅴ)去除率随着FHJ投加量的增加而升高;溶液pH对As(Ⅴ)去除率有较大的影响,pH的降低有利于FHJ对砷酸盐的吸附.④FHJ除砷性能受溶液中共存离子CO32-、SiO32-影响较大,但受Cl-、SO42-、NO3-及腐殖酸影响程度比较小.⑤吸附动力学过程符合准二级动力学模型,Freundlich等温吸附模型可更好地描述FHJ吸附除砷行为(R2=0.999).⑥XPS分析结果显示,铁氧化物主要以FeOOH和Fe2 O3的形态负载于杭锦土表面,FTIR表明FeOOH的羟基基团同As(Ⅴ)发生吸附作用,在FHJ除砷过程中,化学吸附是主要的吸附除砷机理.研究显示,铁改性杭锦土除砷效果良好,具有一定的应用潜力.