褐铁矿是重要的纳米矿物资源,是地球表面广泛分布的一种矿物集合体,其中主要矿物是纳米粒级的针铁矿。本文选取铜陵地区3种成因类型(含铁硅酸盐风化形成的叶山黑色褐铁矿,菱铁矿风化形成的新桥褐铁矿,硫铁矿风化成因的筲箕涝褐铁矿)的褐铁矿矿石,并以人工水热合成的针铁矿作为对照,对比研究不同成因类型褐铁矿及其热活化产物的除砷效能;探讨热活化褐铁矿对水中三价砷离子去除的作用机制;开发高效的去除地下水中砷的纳米矿物功能材料。采用粉晶X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、透射电子显微镜(TEM)等为主要研究手段,对四种样品及其热活化产物的成分进行表征分析;利用静态实验考察了热活化温度、溶液p H值、As(Ⅲ)浓度、反应温度以及吸附时间等因素对热活化褐铁矿去除水中As(III)效果的影响,拟合计算反应动力学、热力学参数;通过原位DO对比实验以及资料查阅阐述对As(Ⅲ)的作用机理;通过四种褐铁矿热活化产物的去除As(III)效果对比,分析说明Mn²⁺对热活化褐铁矿对水中三价砷的吸附作用的影响。论文取得的主要成果和认知如下:(1)四种热活化褐铁矿的最佳温度是300℃,矿物由针铁矿相变为纳米晶赤铁矿,具有最大的比表面积以及较多的活性位点。(2)热活化叶山、新桥褐铁矿产物对水中As(III)具有很好的去除效果,p H值在2-7范围内对热活化褐铁矿去除As(Ⅲ)效果影响较小;室温中性环境下选用最佳热活化温度300℃的产物参与反应,去除率均在90%以上;反应遵循准二级动力学方程和Langmuir吸附等温模型;由△G0可知该反应是一个可自发进行的吸热反应;△S>0则说明反应过程中分子排列更加混乱,是不可逆的过程。(3)通过原位DO/p H实验与有/无氧对照实验,热活化褐铁矿产物对As(Ⅲ)具有吸附和催化氧化作用,在无氧条件下热活化褐铁矿产物对水中As(III)的吸附效率降低至30%左右;(4)对比四种热活化褐铁矿产物吸附效果发现,矿物中的锰氧化物在As(Ⅲ)去除中具有显著的增强作用,锰氧化物含量越高的热活化褐铁矿产物吸附效果越好。(5)300℃热活化褐铁矿去除水中As(III)效果可达到净化效果,其中锰氧化物含量最高的叶山褐铁矿的去除效率优于其他三种矿物,在1 mg/LAs(Ⅲ)溶液体系的去除率为100%。通过此方法制备的纳米矿物功能材料在地下水砷污染治理中具有很大的应用价值,同时为褐铁矿资源化利用提供新思路。