铁、锰基氧化物氧化吸附去除有机砷性能与机制
文献类型：学位论文
| 作者 | TISTA PRASAI JOSHI |
| 答辩日期 | 2017-05 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 ; 刘锐平 |
| 关键词 | 有机砷 吸附剂 吸附 非均相氧化 水处理 Aromatic Organoarsenic Compounds Adsorbents Adsorption Heterogeneous Oxidation Water Treatment |
| 其他题名 | Efficiency and mechanisms of iron and manganese based adsorbents for the removal of aromatic organoarsenic compounds |
| 英文摘要 | 阿萨酸（p-ASA）、洛克沙砷（ROX）等有机砷化物在家禽饲料中作为添加剂广泛应用。家禽食用的大部分有机砷并未发生化学变化而直接从体内排出并可能导致环境砷污染。当p-ASA、ROX等芳香有机砷化合物排入到环境之后，可能通过多种机制转化为毒性更强、迁移性更强的无机砷。这在一定程度上促进了砷污染的扩散并危及饮用水源安全。探究有机砷去除机制和开发有效的有机砷去除技术对于控制砷污染具有重要意义。本论文围绕上述问题开展系统研究，取得如下主要成果： 首先，系统研究了铁锰复合氧化物（FMBO）对p-ASA、ROX的吸附性能与机理，并以羟基铁氧化物（FeOOH）和锰氧化物（MnO2）为对照。研究显示，FMBO对p-ASA、ROX的最大吸附容量（Qmax）分别为0.52和0.25 mmol g-1 （pH=7.5）。FeOOH与MnO2显示出较低的吸附容量，对p-ASA的最大吸附容量Qmax, p-ASA分别为0.40和0.33 mmol g-1，对ROX的最大吸附容量Qmax, ROX分别为0.08和0.07 mmol g-1。提高pH值将导致静电斥力增大，从而抑制有机砷的吸附。pH 4.0条件下，FMBO对p-ASA和ROX的Qmax, p-ASA与Qmax, ROX值分别提高至0.79和0.51 mmol g-1。UV-Vis、UPLC-ICP-MS、FTIR和XPS等结果证实，FMBO对p-ASA的优异吸附性能归因于FMBO的非均相氧化以及协同吸附过程，FMBO中的锰氧化物和铁氧化物分别具有很强的氧化能力和吸附能力，从而表现出良好的去除效果。这一机制在ROX去除过程中同样存在。 其次，为了进一步研究p-ASA去除机理，选择具有相似官能团结构的苯胂酸（PA）、苯胺（aniline）作为对照，深入研究了p-ASA在锰氧化物MnO2表面的形态转化过程与机制。研究发现，pH 4.0条件下，MnO2对p-ASA的吸附容量为0.40 mmol g-1，而对PA和苯胺的吸附容量分别为0.23 mmol g-1和0.68 mmol g-1。FTIR和XPS结果证实反应过程中产生了去质子化的苯胺基团，这有利于p-ASA的非均相氧化。进一步结合UV扫描和UPLC-Q-TOF-MS结果，证实吸附在锰氧化物表面的p-ASA首先发生从p-ASA向MnO2表面的电子传递，并形成p-ASA自由基中间产物；中间产物将进一步发生水解和聚合生成苯醌和azophenylarsonic酸的等主要产物。在此基础上，p-ASA中间产物将进一步开环生成亚砷酸盐（As-III）和砷酸盐（As-V）并伴随着锰离子的溶出释放。上述MnO2氧化以及吸附p-ASA过程是MnO2去除p-ASA的主要机理。 本研究进一步设计开发了具有真空骨架结构的新型Fe-Mn复合氧化物和立方体Fe(OH)3新型吸附材料，并研究了其对p-ASA的去除性能。研究显示，Fe-Mn复合氧化物和立方体Fe(OH)3对p-ASA的最大吸附容量分别达到1.3 mmol g-1和0.72 mmol g-1 （pH 4.0）。pH值对p-ASA的吸附去除有显著影响，随着pH值提高，p-ASA的吸附容量逐渐降低。与MnO2吸附相似， azophenylarsonic酸的也是Fe-Mn复合氧化物氧化、吸附去除p-ASA过程中的重要中间产物。这些研究成果对于开发针对有机砷的新型吸附材料以及高效有机砷去除控制技术具有重要意义。 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38597]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | TISTA PRASAI JOSHI. 铁、锰基氧化物氧化吸附去除有机砷性能与机制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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