活性氧化鋁對(duì)As （Ⅲ）和As （Ⅴ）的吸附性能研究

摘要：

采用靜態(tài)吸附試驗(yàn)方法，研究了活性氧化鋁對(duì)As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的吸附特性和機(jī)制。結(jié)果表明，活性氧化鋁對(duì)As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的吸附特性一致：室溫條件下，吸附平衡時(shí)間約為24 h，動(dòng)力學(xué)符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，Boyd動(dòng)力學(xué)模型說明液膜擴(kuò)散是吸附反應(yīng)速率的控制因素；與Freundlich等溫線模型相比，Langmuir模型能夠很好地描述吸附行為，說明以單分子層吸附為主；經(jīng)過DuininRadushkevich模型計(jì)算出的平均吸附自由能小于8 kJ·mol1，表明吸附為物理過程；熱力學(xué)參數(shù)表明吸附為自發(fā)、吸熱、熵增加的過程，在吸附過程中，固液界面的無序度增加。

關(guān)鍵詞：

砷；活性氧化鋁；動(dòng)力學(xué)；等溫線；熱力學(xué)

中圖分類號(hào)：

X523

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：16744764（2014）04012106

砷在全球范圍內(nèi)分布廣泛，在自然界中豐度排第20位[1]。砷在水體中以無機(jī)砷和有機(jī)砷兩種形態(tài)存在，由于生物轉(zhuǎn)化與甲基化作用，有機(jī)砷在水體中的含量極低。無機(jī)砷主要以三價(jià)亞砷酸鹽（As（Ⅲ））和五價(jià)砷酸鹽（As（Ⅴ））形式存在，As（Ⅲ）在還原性環(huán)境中所占比重大，As（Ⅴ）在氧化環(huán)境中比重較大[2]。雖然有關(guān)部門對(duì)砷及其砷化合物的生產(chǎn)進(jìn)行了限制，但是，砷制劑仍然廣泛應(yīng)用于冶金、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、陶瓷業(yè)等。水體中砷的污染來源有：巖石的風(fēng)化作用、尾礦、工業(yè)廢水的排放、肥料和殺蟲劑在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用、冶金、化石燃料的燃燒等[3]。

無機(jī)砷（As（Ⅲ）和As（Ⅴ））由于其致癌性以及其他毒理學(xué)效應(yīng)，對(duì)環(huán)境、人類和動(dòng)物健康具有潛在威脅，長(zhǎng)期飲用含砷水會(huì)引起皮膚、肺、膀胱等器官的病變[4]。國(guó)際上對(duì)砷的飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定亦日趨嚴(yán)格，世界衛(wèi)生組織、中國(guó)等國(guó)家已將飲用水中砷的標(biāo)準(zhǔn)值從50 μg·L-1下降到10 μg·L-1[5]，因此水體中砷的去除已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

目前，水體中常用的除砷方法有吸附、混凝沉淀、離子交換、反滲透、萃取和生物法等。其中，吸附法因其操作簡(jiǎn)單、無二次污染、去除率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[6]。常用的吸附劑主要有活性炭、氧化鐵、二氧化鈦、粘土、沸石和一些生物吸附劑等。與其他吸附劑相比，活性氧化鋁有成本低、對(duì)有機(jī)和無機(jī)污染物的親和力大、易再生、重復(fù)利用率高等優(yōu)點(diǎn)[7]。張玉琴[8]研究了活性氧化鋁對(duì)水中微量砷的去除能力，但未對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行探討；Singh等[9]采用氧化鋁除砷的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，吸附機(jī)理主要是內(nèi)擴(kuò)散和表面吸附，動(dòng)力學(xué)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)，但未探討吸附反應(yīng)的限速步驟。

為深入地了解活性氧化鋁對(duì)砷的吸附規(guī)律，試驗(yàn)選用活性氧化鋁為吸附材料，對(duì)活性氧化鋁吸附As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的動(dòng)力學(xué)、等溫線和熱力學(xué)進(jìn)行了探討，并以此為基礎(chǔ)采用Boyd動(dòng)力學(xué)模型分析了活性氧化鋁吸附As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的反應(yīng)機(jī)制和限速步驟。

1試驗(yàn)部分

11材料與試劑孫麗鳳：活性氧化鋁對(duì)As （Ⅲ）和As （Ⅴ）的吸附性能研究

活性氧化鋁選自河津市泓源科技化工有限公司，其性能參數(shù)為：粒徑3～5 mm；孔容04 cm3·g-1；堆積比重07 g·cm-3；比表面積300 m2·g-1。

砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心）1 mg·μL-1：用于標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。

1 000 mg·L-1As（Ⅲ）儲(chǔ)備液：準(zhǔn)確稱取1734 0 g NaAsO2（分析純）與1 000 mL容量瓶中，用去離子水定容，4 ℃條件下保存。

1 000 mg·L-1As（Ⅴ）儲(chǔ)備液：準(zhǔn)確稱取5660 5 g Na3AsO4·12H2O（分析純）與1 000 mL容量瓶中，用去離子水定容，4 ℃條件下保存。

12活性氧化鋁對(duì)As（Ⅲ）和As（Ⅴ） 的吸附試驗(yàn)

1）活性氧化鋁對(duì)As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

活性氧化鋁對(duì)As（Ⅲ） 的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)：分別稱取05 g活性氧化鋁于一系列250 mL具塞錐形瓶中，然后加入100 mL 濃度為1128 mg·L-1的As（Ⅲ）溶液，置于振蕩器中連續(xù)振蕩96 h（室溫條件），轉(zhuǎn)速130 r·min-1，分別在吸附進(jìn)行10 min、05 h、1 h、5 h、9 h、24 h、48 h和96 h后取樣，測(cè)定上清液中砷的濃度。

活性氧化鋁對(duì)As（Ⅴ） 的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)：各稱取05 g活性氧化鋁于一系列250 mL具塞錐形瓶中，然后加入100 mL 濃度為1848 mg·L-1的As（Ⅴ）溶液，置于振蕩器中連續(xù)振蕩96 h（室溫條件），轉(zhuǎn)速為130 r·min-1，分別在吸附進(jìn)行10 min、05 h、1 h、5 h、9 h、24 h、48h和96 h后取樣，測(cè)定上清液中砷的濃度。

2）活性氧化鋁對(duì)As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的吸附等溫線試驗(yàn)

活性氧化鋁對(duì)As（Ⅲ）的等溫線試驗(yàn)：分別在6、15、28 ℃條件下，于一系列250 mL具塞錐形瓶中各稱取活性氧化鋁05 g，分別加入100 mL濃度為044、391、1860、6245、7012 mg·L-1的As（Ⅲ）溶液，恒溫連續(xù)振蕩，達(dá)到吸附平衡時(shí)間后測(cè)定上清液中砷的濃度。