水铁矿/坡缕石复合材料吸附水中Sb(Ⅴ)、As(Ⅴ)的效果与机制

作     者：闫安 陈帅宇 朱影影 王俊欢 侯红 YAN An;CHEN Shuaiyu;ZHU Yingying;WANG Junhuan;HOU Hong

作者机构：山西农业大学资源环境学院 中国环境科学研究院 

出 版 物：《环境工程技术学报》 (Journal of Environmental Engineering Technology)

年 卷 期：2025年第15卷第1期

页      面：203-217页

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2020YFC1807700) 

主　　题：坡缕石 二线水铁矿 锑(Sb) 砷(As) 吸附 共沉淀 表面络合 

摘      要：为开发廉价、高效的水体Sb(Ⅴ)、As(Ⅴ)去除材料,以煅烧温度、盐酸浓度、铁氧化物负载量为主要影响因素,设计正交实验以制备铁氧化物/坡缕石复合材料(Fh-ACPal),探讨其最佳改性方式,并研究Fh-ACPal在不同环境条件下对单溶质和双溶质体系水溶液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的吸附效果,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、BET孔隙结构分析、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)对Fh-ACPal进行表征,探讨其吸附机制。结果表明:在灼烧温度350℃、盐酸浓度2.0 mol/L、氯化铁浓度2.0 mol/L的改性条件下,制备的Fh-ACPal具有最好的吸附能力;在pH为4、Fh-ACPal投加量为1 g/L时,Fh-ACPal对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的最大单层吸附容量分别为26.44和42.38 mg/g。在单一吸附质条件下,Freundlich和Langmuir等温吸附模型均能较好地拟合Fh-ACPal吸附Sb(Ⅴ)的过程,而Fh-ACPal吸附As(Ⅴ)的过程仅能较好地被Freundlich模型描述;As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)共存体系中,Sb(Ⅴ)可在已被Fh-ACPal优先吸附的As(Ⅴ)表面上进一步形成多分子层吸附,BET等温吸附模型能较好地拟合该过程。实验以及各项表征结果证明,负载的铁氧化物为水铁矿(Fh),改性后Fh-ACPal的比表面积达到224.84 m^(2)/g,同时大部分的Sb(Ⅴ)以共沉淀的方式进入Fh-ACPal晶体内部被稳定结合,而大部分的As(Ⅴ)主要以表面络合形成内球络合物的方式被Fh-ACPal吸附;As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)共存时,As(Ⅴ)优先占据Fh-ACPal表面的吸附位点,阻碍Sb(Ⅴ)与Fh-ACPal的共沉淀作用,从而抑制Sb(Ⅴ)的去除。研究证明了水铁矿/坡缕石复合材料对水体中Sb(Ⅴ)、As(Ⅴ)去除的有效性,为水体中锑、砷重金属污染治理提供了理论参考。