元素As广泛存在于岩石、土壤和水中,通常会与硫、氧和铁等元素结合在一起。饮用水源是人类遭受As中毒的重要来源,尤其是地下水中的As污染被公认为是最严重的全球性灾害问题之一。因此,研究环境中As的迁移行为,从而为As污染的修复与治理提供理论依据就显得尤为重要。厌氧还原环境中FeS和黄铁矿都是As的重要载体,但FeS向黄铁矿转化是厌氧还原环境中的一个非常普遍且很重要的过程,而该转化过程中As的迁移行为尚无研究。因此,研究FeS向黄铁矿转化过程中As的迁移行为,对于丰富As的地球化学循环过程的认识具有重要意义并为As污染的修复与治理提供理论依据。 本研究取得的具体结论包含以下几个方面: (1)合成的FeS是无定形态的,表面粗糙多孔,凹凸有褶皱。初始溶液pH为6.0和7.5时,FeS对As(Ⅲ)的最大吸附量分别为178mg As/g FeS和151mg As/g FeS。低pH有利于FeS对As(Ⅲ)的吸附作用。FeS对As(Ⅲ)的吸附作用符合Langmuir模型的单分子层物理吸附。As(Ⅲ)浓度的降低的主要是与FeS发生表面吸附反应,沉淀作用在低pH条件下也有可能发生。 (2)水热转化的转化率随着转化温度的上升、初始溶液pH的下降以及As(Ⅲ)浓度的增加而增大,且转化率很高。说明高温、低pH和As(Ⅲ)的存在有利于转化的进行;超声转化下,低pH和较高的As(Ⅲ)浓度有利于转化的进行,但是转化率普遍较低。As(Ⅲ)可作为FeS向黄铁矿转化所需的氧化剂,对转化过程起到一定的氧化作用。XPS结果也证实As(Ⅱ)的存在,说明As(Ⅲ)发生了还原反应。 (3)FeS向黄铁矿的转化机制为:固相FeS发生溶解,其溶解后释放的S(-Ⅱ)和单质硫粉反应形成多硫化物(S22-);FeS溶解后产生的Fe(Ⅱ)与多硫化物(S22-)在水溶液中反应生成黄铁矿。 (4)水热转化下,固相的FeS发生溶解,吸附在其表面的As(Ⅲ)会重新释放进溶液中。随着转化温度的升高,溶液中残余As(Ⅲ)的浓度更低,且生成的黄铁矿中As的含量更高,高温促进了黄铁矿对As的固定。在相对较低的转化温度下,吸附作用是黄铁矿固定溶液中As的主要途径。XPS结果也证实As(Ⅲ)-O的存在。随着转化温度的提高,As以晶格取代的方式进入黄铁矿的贡献在显著增大。XPS结果也证实As(Ⅱ)-S的存在。当FeS转化为黄铁矿时,吸附作用和晶格取代是溶液中As进入黄铁矿的两种途径。超声转化下,固相的FeS发生溶解,吸附在其表面的As(Ⅲ)会重新释放进溶液中,FeS向黄铁矿的转化后溶液中的As(Ⅲ)浓度全部升高。FeS向黄铁矿转化过程中,其对溶液中As的固定是一个动态变化的过程。较缓慢的转化过程有利于单位黄铁矿摄入更多的As。