超声波辅助纳米铁/牡蛎壳复合材料修复砷污染土壤

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砷(Arsenic,As)是在大自然中分布比较广泛的元素。伴随着砷工业的迅速发展,由含砷化学品所引起的重大环境污染事件时有发生。这些砷污染事故发生之后,土壤便直接受到了危害。因此,找到一种快速且行之有效的方法对砷污染土壤进行修复是十分必要的。本文以砷污染土壤为研究对象,以超声波辅助纳米铁/牡蛎壳复合(NI/OS)对砷污染土壤进行修复。研究首先采用原位的液相还原法制得NI/OS复合材料,并对其形貌和结构进行表征;然后,研究超声波预处理对土壤砷浸出性的影响;最后,分别对预处理后的液体和固体进行除砷处理。为更好地研究超声波辅助NI/OS复合材料对超声浸出液除砷的影响,进行了超声波辅助NI/OS复合材料对模拟砷溶液的对比实验。主要的研究成果如下:(1)在所制备的复合材料中,纳米颗粒粒径80nm左右,大部分较均匀地分散在牡蛎壳的空隙和孔道内;较纳米铁,NI/OS复合材料的比表面积和抗氧化性得到了明显的提高。(2)超声波对土壤砷浸出影响的研究表明:超声60min达到超声平衡;砷的浸出量随超声功率、溶液温度以及砷初始浓度的增加而增加;在极酸或极碱的条件下砷的浸出量也大大增加。(3)超声波辅助NI/OS复合材料处理土壤砷浸出液的研究表明:当超声时间为60min时,反应基本达到平衡;随着NI/OS添加量的增加,砷的去除率也增大;随着超声功率的增加,砷的去除率先增大后降低;这些规律与超声辅助复合材料处理模拟砷溶液一致。在极酸或极碱的条件下,复合材料对砷的去除率大大降低;随着温度的增加,复合材料的除砷效率下降;这些规律与超声辅助复合材料处理模拟砷溶液有所不同。当复合材料投入量为0.2 g/L,超声功率为200W,超声时间为60min,溶液温度为25℃,pH为7时,超声波辅助NI/OS对浸出液中砷的去除率达到了 99.03%。(4)NI/OS修复预处理后土壤研究表明:在NI、OS和NI/OS三种材料中,NI/OS修复效果最好;当反应达到48h时,NI/OS对有效砷的去除基本达到平衡状态;随着NI/OS投加量的增加,土壤有效砷的去除效率也增加。室温下,砷铁摩尔比为1:100时,反应2d后,预处理后土壤中的有效砷从34.69mg/kg减少为25.02mg/kg,降低了 27.87%。(5)砷污染土壤经过超声预处理(超声功率为400W,温度为室温,超声pH为7,超声时间为60min,固液比为1:10),以及复合材料修复预处理后土壤(砷铁摩尔比为1:100时,反时间2d),可以实现土壤有效砷从最初的44.14849mg/kg降低为 25.02mg/kg,降低了 43.28%。
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