砷是一种自然界普遍存在的类金属元素,广泛存在于土壤、水体和生物体内。砷具有毒性强,危害大、三致性等特点,砷的防控和治理是国际上的重点研究方向,吸附-解吸和氧化-还原对砷在自然界中的迁移转化具有重要影响,是目前治理土壤或水体中砷污染的主要手段。铁氧化物矿物具有较高的比表面积、强氧化性等特点,从而通过对砷的吸附-解吸及氧化作用可以有效地固定水溶态砷,对含砷土壤或废水的治理起到重要作用。本文选取针铁矿和水铁矿这两种具有代表性的铁氧化物矿物,在实验室条件下研究其对As(Ⅲ)的吸附-解吸及氧化特性,探讨其对As(Ⅲ)的吸附-解吸和氧化作用机理;同时研究了pH、磷酸盐、低分子有机酸等因素对吸附-解吸和氧化过程的影响。1.随着As(Ⅲ)初始浓度的增大,As(Ⅲ)在两种铁氧化物矿物表面的吸附量逐渐增大,吸附能力逐渐减弱。在常温条件下,两种不同的铁氧化物矿物(针铁矿、水铁矿)对As(Ⅲ)有吸附作用,等温吸附结果可以用Freundlich方程较好地拟合。As(Ⅲ)在铁氧化物矿物表面的吸附能力大小为水铁矿>针铁矿,两种铁氧化物矿物对As(Ⅲ)的吸附均为优惠吸附。解吸量随着As(Ⅲ)初始浓度的增大而增大,但As(Ⅲ)在两种矿物表面的解吸量都很小,解吸现象不明显。氧化量随着As(Ⅲ)初始浓度的增大而增大,氧化率则相反。2.在弱酸性至中性范围内,As(Ⅲ)在铁氧化物矿物表面的吸附量随着pH的增大而呈现逐渐增加的趋势,针铁矿和水铁矿对As(Ⅲ)的吸附量在pH为8和9时达到最大值。两种矿物在pH为中性至弱碱性范围内对吸附-氧化作用的效果比较明显,pH对As(Ⅲ)在针铁矿和水铁矿上的吸附影响趋势大致相同。As(Ⅲ)在铁氧化物矿物表面的氧化量的变化随pH的变化呈现先逐渐增大后迅速减小的趋势,而氧化率基本保持不变。3.磷酸盐对As(Ⅲ)在铁氧化物矿物表面的吸附存在竞争吸附作用,且抑制作用随着磷酸盐浓度的升高而增强。当As(Ⅲ)初始浓度保持不变时,As(Ⅲ)的吸附量随着P/As值的不断增大而减少;当P/As值保持不变时,吸附量随着As(Ⅲ)初始浓度的升高而逐渐增大。三种磷酸盐对As(Ⅲ)在铁氧化物矿物表面的吸附影响的大小顺序依次为:PO43->HPO42->H2PO4-。随着加入磷酸盐浓度的增大,氧化量和氧化率都呈逐渐减小的趋势。4.低分子有机酸在铁氧化物矿物对As(Ⅲ)的吸附反应中起到抑制作用。随着有机酸浓度的增大,As(Ⅲ)在铁氧化物矿物上的吸附量和吸附率均有显著下降的趋势,有机酸对As(Ⅲ)在两种铁氧化物矿物上吸附率的影响大小顺序为:柠檬酸>草酸。氧化量和氧化率随着有机酸浓度的增大而减小,草酸对矿物氧化作用的影响较柠檬酸更大。相对于针铁矿,水铁矿对As(Ⅲ)的氧化作用受有机酸影响更大。