本文针对印染废水中锑污染物难以处理达标的问题,根据锑在印染废水中主要以五价锑酸根(Sb(OH)₆^-,Sb(Ⅴ))形式存在的特点,选用与Sb(Ⅴ)具有强亲和力的铁氧化物类材料进行吸附处理以达到排放标准,优选了常见铁氧化物中对Sb(Ⅴ)具有高吸附能力的铁氧化物形态—无定型态铁氧化物,分别使用掺杂其他金属类(锰)或非金属类(硅)氧化物的方法对铁氧化物进行了改性,达到了控制和调控铁氧化物晶体形态的目的,并探究了掺杂原理;使用烧结稳定化和软模板剂调控的方法进一步对掺杂型铁氧化物的结构形貌进行改进,提高了复合材料在吸附Sb(Ⅴ)方面的相关性能,实现了在印染废水共存无机、有机污染物下Sb(Ⅴ)的高效去除,并增强了复合材料的稳定性、可分离性,减少铁离子溶出,为实际印染废水中Sb(Ⅴ)的达标处理提供了优良的吸附材料。首先比较了赤铁矿、磁铁矿、针铁矿和水铁矿等常见形态铁氧化物的除锑性能,确定了无定型态铁氧化物—水铁矿具有更强的吸附能力。针对无定型铁氧化物易晶相转变的问题,通过向其掺杂金属类(锰)氧化物制备了锰掺杂型铁氧化物复合材料(FMBO)。研究发现锰氧化物的掺杂促进了FMBO中无定型铁氧化物的生成并阻碍其向结晶态针铁矿转变,增强了稳定性,由此提高了FMBO吸附Sb(Ⅴ)的能力。与其他FMBO相比,铁锰摩尔比为3:1的FMBO₃中无定型铁含量更高(43.7%)、其吸附容量和吸附速率更大、pH适应范围较广(5至9)以及受共存污染物的影响更小,因此确定铁锰摩尔比3:1为最优的锰掺杂比例。FMBO₃在初始锑浓度约为20 mg/L时的吸附容量为118 mg/g,在投加量为0.1g/L时能够实现实际印染废水中Sb(Ⅴ)的达标排放。FMBO₃对锑也具有良好的动态吸附能力和循环吸附-脱附性能。但是,循环吸附过程中无定型铁氧化物会经过溶解再沉淀反应逐渐向针铁矿转变,造成FMBO₃的吸附能力逐渐下降。为了进一步减缓锰掺杂型铁氧化物在使用过程中的形态转变,对其进行了烧结稳定化改性(SFMC)。随着烧结温度和时间的增大,SFMC中的无定型铁氧化物逐渐转变为结晶态赤铁矿,发生的干热脱羟基反应在晶相转变后由可逆变为不可逆,其比表面积、总孔体积、无定型铁氧化物的含量则呈现先增大后减小的趋势。与其他SFMC相比,烧结温度为350oC、烧结时间为2 h的材料的比表面积和总孔体积更大、对Sb(Ⅴ)的最大吸附量更高(95 mg/g)、性价比最好,由此确定该条件为最优的稳定化条件。与未烧结的材料(FMBC)相比,最优稳定化SFMC的吸附容量和速率没有显著降低,但其沉降性和稳定性提升明显,Fe、Mn溶出量降低2/3以上,在循环中的晶相转变速率和程度显著减弱,循环吸附-脱附性能有所提升。最优稳定化SFMC能够实现静态和动态处理后实际印染废水中Sb(Ⅴ)的达标排放。针对铁氧化物在掺杂锰后颗粒仍存在团聚等问题,在烧结稳定化的基础上分别使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚氧乙烯醚(Brij-58)和十二烷基磺酸钠(SDS)作为软模板剂对锰掺杂型铁氧化物进行了调控(SMFO)。实验表明软模板剂的添加改变了SMFO颗粒的尺寸、形貌及团聚程度,显著增大了比表面积。特别是Brij-58调控的SMFO-B,其内部产生大量孔道,颗粒聚集体尺寸明显减小,团聚程度显著降低,且模板剂残留量很少,因此SMFO-B的比表面积更大,达到137.6 m²/g,是未调控的材料(MFOC)的10倍。SMFO-B的结构形貌变化均有利于形成和暴露更多的功能性羟基位点,并导致其等电点增大,因此SMFO-B对Sb(Ⅴ)的吸附容量和去除速率更高,最大吸附量为147 mg/g,为MFOC的2倍以上;其适应pH的范围(5至10)较广,对抗印染废水共存污染物影响的能力也更强。投加量为0.1 g/L时,经SMFO-B吸附后实际印染废水中的Sb(Ⅴ)浓度为25μg/L,远低于排放标准。由此确定Brij-58软模板剂对SMFO的调控效果最佳。而SDS不太适合于调控吸附阴离子的SMFO。此外,SMFO-B对Sb(Ⅴ)具有出色的动态吸附能力和循环吸附-脱附能力。根据锰掺杂型铁氧化物的经验,使用非金属类(硅)氧化物对无定型铁氧化物进行了掺杂改性(SFOC)。研究发现适量硅氧化物的掺杂会阻碍SFOC中晶体颗粒的增长,增强无定型水铁矿的稳定性,减小所形成颗粒的尺寸,并促进SFOC形成孔道结构,从而显著降低铁氧化物颗粒的团聚程度,提高SFOC的比表面积和总孔体积并暴露更多的功能性Fe-OH,由此增强了SFOC的吸附能力。与单纯水铁矿及其他SFOC相比,铁硅摩尔比例为10:1的SFOC₁₀具有更大的比表面积(364 m²/g),为水铁矿的1.7倍,其暴露的功能性Fe-OH更多,对Sb(Ⅴ)具有更高的吸附容量(176 mg/g)和吸附速率,因此确定铁硅摩尔比10:1为最优的硅掺杂比例。SFOC₁₀在共存污染物为近似实际浓度时对锑的去除率为90%以上,其适应pH的范围为5至9。投加量为0.1 g/L时,SFOC₁₀对实际印染废水中Sb(Ⅴ)的去除率为83.6%,比水铁矿提高近20%,实现了锑的稳定达标排放。5次循环后SFOC₁₀对Sb(Ⅴ)的吸附和脱附率仍达到85%以上,且SFOC₁₀中的无定型铁氧化物几乎没有发生晶相转变,获得了比锰掺杂型铁氧化物更好的稳定性。FMBO₃、最优稳定化SFMC、SMFO-B和SFOC₁₀对Sb(Ⅴ)的吸附更符合Freundlich等温吸附模型和伪二级动力学模型。上述复合材料均主要依靠无定型铁氧化物实现对Sb(Ⅴ)的吸附,铁氧化物表面的功能性Fe-OH是主要的吸附位点,Sb(OH)₆^-和功能性Fe-OH之间发生的内层络合反应是主要的吸附机制。使用同步辐射分析技术确定了内层络合结构的两种形式,一是双齿单核边共享结构(E²),Sb-Fe距离为3.03-3.11?;二是双齿双核角共享结构(C²),Sb-Fe距离为3.52-3.60?。内层络合吸附属于专性吸附,保证了复合材料在去除锑时受到印染废水共存污染物的影响较小。印染废水中Cl^-、NO₃^-、CH₃COO^-等阴离子,CTAB以及难溶的分散染料等有机物对除锑过程影响较小,而SO₄^2-、CO₃^2-、PO₄^3-等阴离子,具有磺酸基团的表面活性剂及染料由于可以通过内层络合反应吸附到铁氧化物表面,会与Sb(Ⅴ)竞争吸附位点而对除锑过程产生一定影响。可以根据实际印染废水中锑处理的不同要求来选用本文提供的复合材料,如锰掺杂型铁氧化物成本较低,适合直投处理;硅掺杂型铁氧化物稳定性好,适合循环去除。