【摘要】：鐵(羥基)氧化物的光致溶解反應(yīng)是環(huán)境中重要的光化學(xué)行為。截至目前,含有As(Ⅴ)鐵(羥基)氧化物的光致溶解反應(yīng)鮮有文獻(xiàn)研究報道,并且此過程中As(Ⅴ)在水環(huán)境和鐵(羥基)氧化物之間的再分配機制也不清楚。本文模擬酸性礦山廢水中含砷水鐵礦和施氏礦物的光致溶解反應(yīng),研究了草酸鈉介導(dǎo)下含吸附態(tài)As(Ⅴ)水鐵礦和施氏礦物[Fhy*-As(Ⅴ)和Sch*-As(Ⅴ)]的光致溶解活性差異,以及含吸附態(tài)As(Ⅴ)和結(jié)構(gòu)態(tài)As(Ⅴ)施氏礦物[Sch*-As(Ⅴ)和Sch-As(Ⅴ)]的光致溶解行為,并借助XRD、FTIR和TEM等表征方法,探究了鐵(羥基)氧化物光致溶解過程中轉(zhuǎn)化形成次生礦物的種類,及其對As(Ⅴ)遷移的影響。水鐵礦和施氏礦物均可在pH=3、無溶解性有機物存在的條件下發(fā)生光致溶解反應(yīng)。然而,在草酸鈉存在的條件下,暗反應(yīng)時溶液中形成了大量Fe(III)和微量Fe(II),這說明配位性溶解在溶解過程中占主要地位;光反應(yīng)時,起始階段溶液中Fe(II)的濃度迅速增加,達(dá)到最大值后緩慢減小。實驗證明,有氧條件下草酸鈉介導(dǎo)的水鐵礦和施氏礦物光致溶解反應(yīng)會使溶液pH值大幅度增加。高pH值不僅降低了光致溶解反應(yīng)的速率,還會導(dǎo)致溶液中Fe(II)的氧化及隨后Fe(III)的水解。草酸鈉介導(dǎo)下水鐵礦和施氏礦物光致溶解反應(yīng)后的固體產(chǎn)物中均發(fā)現(xiàn)了針鐵礦。含吸附態(tài)As(Ⅴ)水鐵礦和施氏礦物的溶解過程分別與純水鐵礦和施氏礦物相似,但Fe的釋放量相對較少,說明吸附態(tài)As(Ⅴ)抑制了水鐵礦和施氏礦物的溶解。結(jié)構(gòu)態(tài)As(Ⅴ)使施氏礦物表現(xiàn)出更高的光致溶解活性。無草酸鈉存在時,紫外光照射促進(jìn)了As(Ⅴ)向水環(huán)境中的遷移;而有草酸鈉存在時,紫外光照射顯著抑制了As(Ⅴ)遷移至水環(huán)境中。草酸鈉存在下,對于Fhy*-As(Ⅴ)和Sch*-As(Ⅴ)體系,暗反應(yīng)時溶液中As(Ⅴ)的濃度分別是相同條件下光反應(yīng)時的7.75-13.0倍和14.0-36.5倍;對于Sch-As(Ⅴ),暗反應(yīng)時溶液中As(Ⅴ)的濃度是相同條件下光反應(yīng)時的6.30-8.75倍。本文的研究意義在于揭示了草酸鈉介導(dǎo)下不同含砷鐵(羥基)氧化物的光致溶解行為以及該過程中砷的遷移規(guī)律,為有效控制砷污染提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文多火山國家，，部分地區(qū)的土壤含砷量在 10000 mg kg-1以上[8]，嚴(yán)重影響了植物的生長發(fā)育。大部分國家的地下水含砷量低于 10 μg L-1 [9]，然而在孟加拉國、越南、中國的內(nèi)蒙古和臺灣等國家和地區(qū)受砷污染飲用水不利影響的人口高達(dá)3000～3500 萬。砷污染是十分嚴(yán)重的全球性環(huán)境問題，引起了全世界的關(guān)注。酸性礦山廢水（Acid mine drainage， AMD）是一種低 pH 值，并且含有高濃度重金屬和其他有毒物質(zhì)的一類污水[10]。Nordstrom 等人[11]在加利福尼亞一處礦山廢水中檢測到 As(V) 的含量為 850 mg L-1。

（3）將反應(yīng)得到的懸浮液進(jìn)行離心分離。上層清液用于測定 As(V)的含量，而確定水鐵礦對 As(V)的吸附量，下層固體即為制備得到的 Fhy*-As(V)，可用于后續(xù)光致溶解實驗和表征。Sch*-As(V)的制備過程與 Fhy*-As(V)的制備過程基本相同，區(qū)別為第一步是接用電子天平稱取 0.3 g 施氏礦物固體分散到 100 mL 濃度為 0.1 M 的 NaCl液中。其余操作與 Fhy*-As(V)的制備步驟相同。.2.4 光致溶解實驗本文中水鐵礦、施氏礦物、Fhy*-As(V)和 Sch*-As(V)的溶解實驗均在南京胥機電廠的 XPA-7 型光化學(xué)反應(yīng)儀中進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。采用連續(xù)循冷卻水保證溶解實驗過程中反應(yīng)器內(nèi)部溫度穩(wěn)定在室溫處，不發(fā)生大變化。光應(yīng)中，采用 300 W 高壓汞燈作為紫外光燈源，主激發(fā)波長為 365 nm。為了確光致溶解實驗過程中光強穩(wěn)定，光反應(yīng)時需提前 5 分鐘將 300 W 高壓汞燈開。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X751;X132

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本文編號：2607771