废水中砷去除技术现状及进展
含砷的污水处理方法
含砷的污水处理方法一、引言污水中含有各种有害物质，其中砷是一种常见的有毒物质。
高浓度的砷会对环境和人体健康造成严重危害。
因此，开辟高效的含砷污水处理方法对于环境保护和人类健康至关重要。
本文将介绍几种常用的含砷污水处理方法，并对其原理、优缺点和适合范围进行详细阐述。
二、化学沉淀法化学沉淀法是一种常用的含砷污水处理方法。
其原理是通过添加适量的化学药剂，使污水中的砷形成不溶于水的沉淀物，从而达到去除砷的目的。
常用的化学药剂包括氢氧化铁、氢氧化铝等。
优点：1. 去除效率高：化学沉淀法对砷的去除效率高，可以将砷浓度降低到国家标准以下。
2. 操作简便：化学沉淀法操作简单，设备投资和运行成本相对较低。
3. 适合范围广：化学沉淀法适合于各种含砷污水处理，包括工业废水和生活污水等。
缺点：1. 产生大量污泥：化学沉淀法会产生大量含砷污泥，需要进行后续处理和处置。
2. 药剂消耗量大：为了达到较高的去除效率，化学沉淀法需要消耗大量的化学药剂，增加了运行成本。
三、吸附法吸附法是另一种常用的含砷污水处理方法。
其原理是利用吸附剂对污水中的砷进行吸附，从而达到去除砷的目的。
常用的吸附剂包括活性炭、氧化铁等。
优点：1. 去除效率高：吸附法对砷的去除效率高，可以将砷浓度降低到国家标准以下。
2. 适合范围广：吸附法适合于各种含砷污水处理，包括工业废水和生活污水等。
3. 吸附剂可再生：吸附剂可以通过再生处理，循环利用，减少了废弃物的产生。
缺点：1. 吸附剂饱和：吸附法在长期运行后，吸附剂可能会饱和，需要进行更换或者再生处理。
2. 吸附剂成本高：一些高效的吸附剂成本较高，增加了运行成本。
四、生物法生物法是一种新兴的含砷污水处理方法。
其原理是利用微生物对污水中的砷进行降解和转化，从而达到去除砷的目的。
常用的生物法包括生物还原、生物吸附等。
优点：1. 环境友好：生物法对环境的影响较小，不会产生大量污泥或者废弃物。
2. 适合范围广：生物法适合于各种含砷污水处理，包括工业废水和生活污水等。
含砷的污水处理方法
含砷的污水处理方法一、引言随着工业化的快速发展，含砷废水的处理已成为环境保护领域的重要问题。
砷是一种有毒的化学元素，对人体和环境具有极大的危害。
因此，有效处理含砷废水对于保护人类健康和生态系统至关重要。
本文将深入探讨含砷废水的来源、危害、处理现状以及处理方法，并展望其未来的发展前景。
二、含砷废水的来源含砷废水的来源广泛，主要来自采矿、冶金、化工、农药、皮革等行业的生产过程。
这些行业在生产过程中大量使用含砷的原料，导致废水中的砷含量超标。
此外，某些自然活动也可能导致含砷废水的产生，例如火山爆发和矿物溶解等。
三、含砷废水的危害含砷废水对环境和人体健康构成严重威胁。
砷是一种致癌物质，长期接触高浓度的含砷废水可能导致皮肤癌、肺癌和膀胱癌等疾病的发生。
此外，砷还对神经系统、免疫系统和消化系统造成损害。
因此，含砷废水的处理至关重要。
四、含砷废水的处理现状目前，国内外针对含砷废水的处理已经发展出多种方法，包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要包括沉淀法、吸附法和离子交换法等；化学法主要包括化学沉淀法、氧化还原法和电化学法等；生物法则主要利用微生物的代谢作用来降低废水中砷的浓度。
五、含砷废水的处理方法沉淀法：通过向废水中添加沉淀剂，使砷以沉淀物的形式从水中分离出来。
常用的沉淀剂包括铁盐、铝盐和石灰等。
这种方法操作简单，但处理效率较低，且容易产生二次污染。
吸附法：利用活性炭、硅胶、膨润土等吸附剂的吸附作用，将砷从废水中分离出来。
吸附剂具有高比表面积、多孔结构和良好的吸附性能等特点，能够有效地去除废水中的砷。
但吸附剂的再生和处置问题仍需解决。
氧化还原法：通过向废水中投加氧化剂或还原剂，将砷离子转化为无害或低毒性的物质。
常用的氧化剂包括氯气、次氯酸钠和双氧水等；常用的还原剂包括硫酸亚铁和亚硫酸盐等。
这种方法能够将剧毒的砷酸盐和亚砷酸盐转化为无毒或低毒性的物质，但运行成本较高。
生物法：利用微生物的代谢作用将废水中的无机砷转化为有机胂或将其还原为单质砷。
含砷的污水处理方法
含砷的污水处理方法引言概述：污水中的砷是一种有害的物质，它对人类健康和环境造成严重威胁。
因此，寻找和开发有效的含砷污水处理方法至关重要。
本文将介绍五种常用的含砷污水处理方法，包括吸附法、沉淀法、离子交换法、生物法和膜分离法。
一、吸附法1.1 活性炭吸附：活性炭具有很强的吸附能力，可以有效地去除污水中的砷。
其吸附机制是通过表面活性位点与砷形成物理或化学吸附，从而将砷离子从污水中去除。
1.2 氧化铁吸附：氧化铁是一种常用的吸附剂，其表面具有许多活性位点，可以与砷形成化学吸附。
此外，氧化铁还可以通过电荷吸附和离子交换等机制去除砷。
1.3 生物质吸附：一些生物质材料，如纤维素、藻类和菌类等，具有良好的吸附性能。
这些生物质材料可以通过表面官能团与砷形成物理或化学吸附，从而实现砷的去除。
二、沉淀法2.1 氢氧化铁沉淀：氢氧化铁是一种常用的沉淀剂，可以与砷形成不溶性沉淀，从而将砷从污水中去除。
此方法适用于砷浓度较高的污水处理。
2.2 硫化物沉淀：硫化物可以与砷形成不溶性沉淀，从而将砷离子从污水中沉淀下来。
这种方法对于低浓度砷的污水处理效果较好。
2.3 磷酸盐沉淀：磷酸盐可以与砷形成不溶性沉淀，从而实现砷的去除。
此方法适用于中等浓度的砷污水处理。
三、离子交换法3.1 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂可以与砷离子发生离子交换反应，从而将砷离子从污水中去除。
此方法适用于砷浓度较低的污水处理。
3.2 阳离子交换树脂：阳离子交换树脂可以与砷形成络合物，从而将砷离子从污水中去除。
这种方法对于高浓度的砷污水处理效果较好。
3.3 混床离子交换：将阴离子交换树脂和阳离子交换树脂混合使用，可以同时去除污水中的阴离子和阳离子，实现砷的高效去除。
四、生物法4.1 微生物还原：一些微生物具有还原砷的能力，可以将砷离子还原为不溶性沉淀，从而实现砷的去除。
这种方法对于低浓度的砷污水处理效果较好。
4.2 植物吸收：一些植物具有吸收砷的能力，可以通过根系吸收砷离子，并将其转化为无害的形式。
含砷废水的去除技术
含砷废水的去除技术1概述含砷废水常见于半导体工业、采矿工业、农药、玻璃、硫酸工业中，砷和砷化合物大多具有强毒性，并认为是一个致癌因素。
某些地区的地表水中也含有砷，因此废水中砷的去除对环境保护是相当重要的。
2回收利用废水中的三价砷可以用沉淀法进行回收，如硫酸厂中的废水，可用硫化钠在20～40℃下进行处理，所得的硫化砷用硫酸铜在70℃进行处理，冷却后进行分离，分出硫化铜后，再与硫酸铜溶液反应，并在＞70℃通入空气或氧，使砷成为五价，再分出硫化铜，溶液通入二氧化硫或硫酸厂的尾气，使五价砷还原成三价砷，并结晶，过滤干燥，即可回收三氧化二砷[1]。
在从蒽醌磺酸制备氨基蒽醌过程中，以前曾用过Na2HAsO4作为催化剂，其废水可以先在90℃加入过氧化氢，再通过一个阳离子交换树脂处理，出水中形成的H3AsO4可以用20%的NR3（R＝C8～16的烷基）在二甲苯中的溶液进行萃取，约有95%以上的砷被回收，其纯度可达97～98%，可以回用于氨基蒽酯的生产。
而出水中砷的最终浓度可降至0.005～0.007mg/L[2]。
3沉淀及混凝沉降法砷的主要处理方法有硫化物沉淀法, 或与多价重金属如三价铁等络合并与金属氢氧化物进行共沉定。
第二种方法是水处理技术中常采用的传统混凝沉降法。
此外也可采用活性炭和矾土吸附或离子交换。
3.1 铁盐法铁盐法是处理含砷废水主要方法，由于砷（V）酸铁的溶解度极小，所以除直接用铁盐处理[3][4][5][6][7][8][9][10]外，也可在处理含砷废水时，先进行氧化处理，使废水中的三价砷先氧化成五价砷，使沉淀或混凝沉降法的效果更好。
由于空气对三价砷的氧化速度很慢，所以常用氧化剂进行氧化，常用的氧化剂有氯，臭氧，过氧化氢，漂白粉,次氯酸钠[11][12][13]或高锰酸钾，也可以在亚硫酸钠存在下进行光催化氧化[14][15]。
如在活性炭存在下也可以进行空气催化氧化，再与镁，铁，钙或锰等盐作用，脱砷能力可以提高10～30倍[16]。
含砷的污水处理方法
含砷的污水处理方法污水处理是一项重要的环境保护工作，其中处理含有砷的污水是一项具有挑战性的任务。
砷是一种有毒物质，对人类和环境都具有潜在的危害。
因此，开辟高效可行的含砷污水处理方法至关重要。
本文将介绍几种常见的含砷污水处理方法，并对其原理、优缺点及适合范围进行详细说明。
1. 活性炭吸附法活性炭吸附法是一种常用的含砷污水处理方法。
活性炭具有较大的比表面积和孔隙结构，能够有效吸附砷离子。
该方法的原理是将含砷污水通过活性炭床，砷离子在活性炭表面发生吸附反应，从而达到去除砷的目的。
该方法具有操作简单、成本低廉的优点，但活性炭饱和后需要进行再生或者更换，且对于高浓度砷污水处理效果有限。
2. 氧化沉淀法氧化沉淀法是一种常见的含砷污水处理方法。
该方法利用氧化剂将砷离子氧化成沉淀物，然后通过沉淀物的沉淀作用将砷离子从污水中去除。
常用的氧化剂包括氯气、过氧化氢等。
该方法具有去除效果好、适合范围广的优点，但氧化剂的使用量较大，操作复杂，且产生的沉淀物需要进行处理和处置。
3. 离子交换法离子交换法是一种常见的含砷污水处理方法。
该方法利用离子交换树脂对砷离子进行吸附交换，从而将砷离子从污水中去除。
离子交换法具有去除效果好、可循环使用的优点，但需要定期对离子交换树脂进行再生或者更换，且对于高浓度砷污水处理效果有限。
4. 膜分离法膜分离法是一种常用的含砷污水处理方法。
该方法利用膜的选择性透过性，将砷离子从污水中分离出来。
常用的膜分离方法包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。
膜分离法具有去除效果好、操作简单的优点，但膜的成本较高，且需要定期清洗和维护。
综上所述，含砷污水处理方法主要包括活性炭吸附法、氧化沉淀法、离子交换法和膜分离法等。
选择合适的处理方法应根据砷污水的浓度、水质要求、经济成本等因素进行综合考虑。
在实际应用中，可以根据具体情况选择单一的处理方法，也可以采用多种方法的组合，以达到更好的处理效果。
同时，为了保证处理效果和操作安全，应定期监测和维护处理设备，并合理处置产生的废物和沉淀物。
除砷技术研究现状与进展
高级阶段
目前，除砷技术已经得到了高度的发展和优化，一些先进的组合技术和设备被广泛应用于实际生产和处理中。
生物除砷
光催化除砷
组合技术
除砷技术的研究现状
物理除砷技术
02
活性炭吸附
01
活性炭具有高比表面积和丰富孔结构，能高效吸附水中的砷。研究表明，活性炭对低浓度含砷废水有较好的吸附效果，但处理高浓度含砷废水时存在饱和问题。
存在问题和建议
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吸附法除砷
矿物吸附
02
某些矿物如膨润土、硅藻土等具有较好的除砷效果。矿物吸附法具有成本低、环境友好等优点，但处理高浓度含砷废水时需要大量使用矿物，增加了处理成本。
生物质吸附
03
生物质材料如植物秸秆、微生物细胞等可高效吸附水中的砷。生物质吸附法具有可持续性和环境友好性，但生物质材料的再生和分离困难。
膜过滤法除砷
化学除砷技术
03
氧化法除砷
生物还原
利用某些微生物将砷化合物还原为无害的物质，如硫酸盐还原菌能够将砷酸盐还原为无害的硫化物。
化学还原
利用还原剂如硫酸亚铁、亚硝酸盐等将砷化合物还原为无害的物质。
还原法除砷
利用氢氧化物与砷酸盐反应生成难溶的砷酸盐沉淀，从而去除砷。
氢氧化物沉淀
利用硫化物与砷酸盐反应生成难溶的硫化物沉淀，从而去除砷。
具有较高的吸附效率和良好的选择性，可用于低浓度污染物的处理。
研究现状
已有多项研究报道了纳米材料在除砷方面的应用，如碳纳米管、金属氧化物等纳米材料的制备及其在除砷中的应用。
结论与建议
06
多种除砷技术的研究已取得显著成果，包括化学沉淀法、吸附法、电化学法、膜分离法等，这些方法在不同的应用场景中表现出良好的除砷效果。
吸附材料去除水体中砷的研究进展
㊀收稿日期:２０２２－０８－０８基金项目:国家自然科学基金(４１９７７２０５ꎬ５１８３２００７)ꎻ辽宁大学研究生优质在线课程建设与教学模式综合改革研究项目(ＹＪＧ２０２２０１０４５)ꎻ辽宁省科学技术计划项目(２０２１－ＭＳ－１５２)作者简介:孙丛婷(１９８３－)ꎬ女ꎬ辽宁辽阳人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ研究方向:环境功能材料.㊀∗通讯作者:宋有涛ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｙｓｏｎｇ＠ｌｎｕ.ｅｄｕ.ｃｎ.㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀㊀自然科学版第５０卷㊀第４期㊀２０２３年ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＡＯＮＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎＶｏｌ.５０㊀Ｎｏ.４㊀２０２３吸附材料去除水体中砷的研究进展孙丛婷ꎬ刘相正ꎬ刘㊀丹ꎬ宋有涛∗(辽宁大学环境学院ꎬ辽宁沈阳１１００３６)摘㊀要:近年来ꎬ砷污染由于其高毒性和致癌性成为了一个紧迫且具有挑战性的问题.无机砷离子在水环境中主要以Ａｓ(Ⅲ)和Ａｓ(Ⅴ)的形式存在ꎬ当其浓度超过允许标准时ꎬ将对人体健康产生严重威胁.由于矿业开采㊁金属冶炼和各类砷化物的广泛使用ꎬ全球多达２.２亿人正在遭受砷污染的威胁.因此ꎬ开发绿色㊁经济和有效的除砷技术对保护人类健康至关重要.现有的除砷技术包括沉淀法㊁离子交换法㊁膜分离法㊁生物法㊁电凝聚法和吸附法等.然而ꎬ上述大多数技术存在初始成本昂贵㊁维修成本高和二次污染等缺点.吸附法由于成本低㊁操作简单和材料来源范围广等优点ꎬ成为最常用的除砷技术之一.因此ꎬ本文综述了各种吸附剂去除砷污染的研究进展ꎬ以期为去除水中不同形态砷提供参考.关键词:砷ꎻ吸附ꎻ材料ꎻ除砷技术中图分类号:Ｘ５２㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１０００－５８４６(２０２３)０４－０３２５－１５ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＡｒｓｅｎｉｃＲｅｍｏｖａｌｆｒｏｍＷａｔｅｒｂｙＡｄｓｏｒｂｅｎｔｓＳＵＮＣｏｎｇ￣ｔｉｎｇꎬＬＩＵＸｉａｎｇ￣ｚｈｅｎｇꎬＬＩＵＤａｎꎬＳＯＮＧＹｏｕ￣ｔａｏ∗(ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬＬｉａｏｎｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１００３６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓꎬａｒｓｅｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｕｒｇｅｎｔａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｄｕｅｔｏｉｔｓｈｉｇｈｔｏｘｉｃｉｔｙａｎｄｃａｒｃｉｎｏｇｅｎｉｃｉｔｙ.ＩｎｔｈｅｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｏｒｇａｎｉｃａｒｓｅｎｉｃｉｏｎｓｍａｉｎｌｙｏｃｃｕｒｉｎｔｗｏｓｔａｔｅｓꎬＡｓ(Ⅲ)ａｎｄＡｓ(Ⅴ).Ｉｔｗｉｌｌｂｅｃｏｍｅａｓｅｒｉｏｕｓｔｈｒｅａｔｔｏｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅａｌｌｏｗａｂｌｅｌｉｍｉｔｓ.Ｈｕｍａｎｉｓａｔｒｉｓｋｏｆａｒｓｅｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｄｕｅｔｏｍｉｎｉｎｇꎬｍｅｔａｌｓｍｅｌｔｉｎｇꎬａｎｄｔｈｅｗｉｄｅｓｐｒｅａｄｕｓｅｏｆｖａｒｉｏｕｓａｒｓｅｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ.Ｅｘｉｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｃｌｕｄｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄꎬｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｔｈｏｄꎬｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄꎬｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｔｈｏｄꎬｅｌｅｃｔｒｏｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ.Ｈｏｗｅｖｅｒꎬｍｏｓｔｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｈａｖｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓꎬｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｉｎｉｔｉａｌｃｏｓｔꎬｈｉｇｈｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｐｏｌｌｕｔｉｏｎ.Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄａｒｓｅｎｉｃｒｅｍｏｖａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｄｕｅｔｏｉｔｓｌｏｗｃｏｓｔꎬｓｉｍｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｏｕｒｃｅｓ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｖａｒｉｏｕｓａｄｓｏｒｂｅｎｔｓｉｎｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｏｆａｒｓｅｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎꎬｉｎ㊀㊀ｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｏｆａｒｓｅｎｉｃｉｎｗａｔｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ａｒｓｅｎｉｃꎻａｄｓｏｒｐｔｉｏｎꎻｍａｔｅｒｉａｌｓꎻａｒｓｅｎｉｃｒｅｍｏｖａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ０㊀引言砷(Ａｓ)作为一种剧毒的元素ꎬ普遍存在于自然界之中[１].由于自然过程和人类活动导致其大量进入水体环境中ꎬ对人类健康产生严重威胁.伴随着全球工业化进程的飞速发展ꎬ水污染形势严峻ꎬ受到砷污染的水源在许多国家和地区被用作主要饮用水源[２－３].世界卫生组织(ＷＨＯ)建议饮用水中砷的最高允许质量浓度为１０μｇ/Ｌ[４].然而ꎬ在孟加拉国㊁印度㊁越南㊁中国和智利等许多发展中国家ꎬ数百万人正遭受着严重的砷中毒ꎬ其地下水中砷的质量浓度在１００~２０００μｇ/Ｌ之间ꎬ远超人体健康所允许的质量浓度ꎬ人体长期摄入被砷污染的水源会导致肝脏和肾脏衰竭ꎬ损害人体的免疫系统ꎬ并提高死亡风险(膀胱癌㊁肾癌㊁胃癌和皮肤癌等)[５－６].水体环境中砷的来源可以分为自然过程和人类活动ꎬ而造成水体环境中砷质量浓度超标的主要原因则是人类活动.在自然界中ꎬ砷主要以其他金属(铁㊁铜㊁锌等)或非金属(硫等)伴生矿物的形式存在.因此ꎬ矿物开采和金属冶炼过程中会产生大量含砷废水ꎬ并导致砷进入水体环境中[７－８].同时ꎬ砷化物在电子工业㊁陶瓷制造业㊁食品工业㊁农业和畜牧业生产中有着广泛应用ꎬ各类砷化物的使用也在一定程度上加重了砷污染[９－１０].图１ 常见的除砷技术在水环境中ꎬ砷主要以无机阴离子砷酸根Ａｓ(Ⅲ)(ＡｓＯ３－４)和亚砷酸根Ａｓ(Ⅴ)(ＡｓＯ３－３)的形式存在[１１－１２].砷在水中的价态主要由ｐＨ和氧化还原条件决定ꎬ在还原或厌氧条件下(例如地下水中)ꎬ砷(Ⅲ)为主要的无机砷物种.相对于砷(Ⅴ)ꎬ砷(Ⅲ)的流动性更高ꎬ且毒性是砷(Ⅴ)的６０多倍[１３－１４].传统含砷废水的处理方法是先将废水中的砷(Ⅲ)预氧化为砷(Ⅴ)ꎬ然后再使用其他技术处理ꎬ这样的工艺过程繁琐且费用高.近年来ꎬ随着砷污染的不断加剧ꎬ越来越多的学者开始寻找治理砷污染的新方法ꎬ他们将含砷废水的氧化和去除相结合ꎬ简化了工艺流程并减少处理费用.含砷废水的处理方法可以大致分为３类:物理法㊁化学法㊁生物法.其中ꎬ主要包括沉淀法[１５－１６]㊁生物法[１７－１８]㊁离子交换法[１９－２０]㊁膜分离法[２１－２２]㊁电凝聚法[２３－２４]和吸附法[２５－２７](图１).上述大多数方法存在着初始成本和维修成本高㊁工艺复杂等缺点.近年来ꎬ吸附法成为最常用的除砷方法之一ꎬ尤其在发展中国家ꎬ因为其成本低㊁操作简单㊁原材料来源范围广和再生潜力大而被广泛应用.６２３㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版２０２３年㊀㊀㊀㊀１㊀水体中砷的去除技术１.１㊀沉淀法沉淀法的原理是利用外加的化学试剂与废水中的砷形成难以溶解的砷化合物ꎬ然后将其过滤去除.砷酸根能够和许多金属离子形成难溶的沉淀ꎬ砷(Ⅴ)比砷(Ⅲ)更容易形成稳定的沉淀化合物ꎬ所以先向含砷废水中投加氧化剂ꎬ将砷(Ⅲ)氧化为砷(Ⅴ)再进行沉淀分离.常用的沉淀剂有钙盐㊁铁盐㊁铝盐和硫化物等.沉淀法具有成本低㊁操作简单㊁处理范围广等优点ꎬ但存在沉淀剂投加量大㊁废渣多等缺点ꎬ且沉淀物中含砷ꎬ如果得不到有效处理ꎬ容易造成二次污染.因此ꎬ该方法在许多地区的应用受到限制[２８－２９].１.２㊀生物法生物法的原理是利用植物或微生物的富集作用ꎬ将砷离子在生物体内浓缩和富集ꎬ或借助生物体本身的生命活动将砷离子转化为低毒性或无毒性的物质.砷(Ⅴ)离子的结构与磷酸盐相似ꎬ因此生物自身可以通过具有高亲和力的磷酸盐转运蛋白将砷(Ⅴ)在生物体内富集.此外ꎬ一些植物的根系分泌物可以和砷离子形成稳定的络合物ꎬ可降低砷在土壤中的移动性ꎬ起到固定和钝化作用.生物法具有高效㊁处理费用低廉和低浓度条件下处理效果好等优点ꎬ但生物体受外界环境影响较大ꎬ且不适合处理高浓度废水ꎬ对需要处理的水体要求较高ꎬ因此ꎬ生物法的实际应用也受到了一定限制[３０－３１].１.３㊀离子交换法离子交换法的原理是借助离子交换剂上的离子ꎬ选择性地去除水中砷离子.利用离子交换树脂的大比表面积和高反应活性ꎬ可以实现对砷离子的有效去除ꎬ而对砷离子的吸附能力主要取决于离子交换树脂中相邻电荷的空间距离和官能团的流动性.目前ꎬ纳米钼酸锆杂化离子交换树脂等多种离子交换树脂均可将砷(Ⅴ)的质量浓度从０.１ｍｇ/Ｌ降低至０.０１ｍｇ/Ｌ(符合ＷＨＯ标准).离子交换法具有能耗小㊁选择性强和出水水质好等优点ꎬ适用于小规模的贵金属工业废水ꎬ但因其维护成本高㊁设备价格贵㊁树脂易磨损等缺点限制了其应用[３２－３３].１.４㊀膜分离法膜分离法的原理是利用膜的选择透过性ꎬ以外界能量或化学位差为推动力ꎬ对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离㊁分级㊁提纯和浓缩.目前常用的技术有微滤(ＭＦ)㊁纳滤(ＮＦ)㊁超滤(ＵＦ)和反渗透(ＲＯ)等.膜分离技术可根据驱动压力大小分为高压驱动膜技术和低压驱动膜技术ꎬ高压驱动膜技术主要通过化学扩散除砷ꎬ而低压驱动膜技术主要通过物理筛分除砷.聚醚酰亚胺基超滤(ＵＦ)膜㊁聚偏氟乙烯基微滤(ＭＦ)膜等多种聚合膜的除砷效率均在９５％以上.膜分离法优点在于操作简单㊁无二次污染㊁污泥量低ꎬ但存在成本相对较高㊁能耗大等缺点ꎬ因此ꎬ膜分离法主要用于水净化[３４－３５].１.５㊀电凝聚法电凝聚法的原理是利用阳极板上电离出的金属(铁㊁铝等)离子与废水中的砷酸根发生絮凝反应ꎬ从而将砷酸根去除.电解生成的二价铁㊁三价铁㊁三价铝等金属离子经过一系列水解㊁聚合生成的羟基络合物可吸附砷离子形成共絮体ꎬ从而完成对砷的吸附和去除.与化学混凝相比ꎬ电凝聚法生成的污泥量少且絮团结构更加稳定.但电凝聚法需要专业的操作设备ꎬ运行成本和技术要求高ꎬ除砷效果受阳极材料和反应器设计的影响大.因此ꎬ在实际除砷应用中受到一定限制[３６－３７].７２３㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙丛婷ꎬ等:吸附材料去除水体中砷的研究进展㊀㊀１.６㊀吸附法吸附法的原理是通过范德华力(物理吸附)或强共价键力(化学吸附)将待处理溶液中的离子吸附到吸附剂上ꎬ从而将待处理溶液中的目标物去除.根据作用力不同可将其分为物理吸附和化学吸附.物理吸附主要是依靠吸附材料与砷离子之间的范德华力ꎬ将砷离子吸附到材料表面ꎻ化学吸附是利用吸附材料上的离子与砷离子发生电子转移或交换ꎬ生成化学键ꎬ将砷离子固定到吸附材料上.常用的吸附材料有金属有机框架纳米材料㊁沸石㊁金属氧化物和生物炭等.吸附法具有操作简单㊁成本低㊁去除效率高等优点ꎬ同时吸附剂原材料来源广㊁种类多ꎬ是目前污水处理中最常用的方法之一[３８－３９].２㊀水体除砷的吸附剂类型２.１㊀沸石沸石是一种多孔硅酸盐的总称ꎬ其化学通式为[Ｍ(ⅠꎬⅡ)]Ｏ Ａｌ２Ｏ３ ｎＳｉＯ２ ｍＨ２Ｏꎬ其中[Ｍ(ⅠꎬⅡ)]代表着一价和二价金属(通常为钾㊁钙㊁钠等).硅铝酸盐和这些一价㊁二价金属离子结合较弱ꎬ易与溶液中的其他金属离子发生交换作用ꎬ且交换后沸石的结构不会被破坏[４０].因此ꎬ沸石自身的性质和结构决定着其是一种优良的吸附剂ꎬ其主要吸附机理详见图２.但天然沸石自身杂质较多ꎬ对阴离子污染物的亲和力较低ꎬ纯度较低ꎬ其除砷效果有限.针对其缺点ꎬ对天然沸石进行改性处理ꎬ可以提高沸石的吸附性能和去除效率.常用的改性方式包括金属改性㊁表面活性剂改性等.图２㊀改性沸石除砷主要机理近年来ꎬ铁基材料由于具有丰富的孔隙结构㊁大比表面积和超顺磁性等优点成为国内外学者关注的重点.铁氧化物可通过静电吸引㊁离子交换㊁配位等多种吸附机理除砷ꎬ因此铁改性沸石除砷逐渐成为研究的热点.一些学者发现用铁改性可以提高天然沸石对砷的吸附能力ꎬ研究结果表明ꎬ在沸石改性的过程中ꎬ铁通过在沸石表面形成羟基氧化铁(ＦｅＯＯＨ)和铁氧化物提高对砷的吸附能力[４１－４２].但由于天然沸石的不同㊁铁负载量的不同和初始溶液ｐＨ不同等因素ꎬ铁改性沸石对砷的吸附能力也不同.因此ꎬ国内外学者对铁改性沸石开展了研究工作.Ｎｅｋｈｕｎｇｕｎｉ等[４３]利用硝酸铁对天然沸石进行改性ꎬ制得铁改性沸石(ＩＨＯＭＺ)ꎬ通过Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)㊁扫描电子显微镜(ＳＥＭ)和能量色散Ｘ射线光谱(ＥＤＸ)等多种方法对改性沸石进行表征ꎬ发现天然斜发沸石的改性没有导致明显的结构变化ꎬ且铁成功负载到天然沸石表面.实验结果表明ꎬ砷(Ⅴ)的最佳吸附参数:初始砷(Ⅴ)质量浓度为１０ｍｇ/Ｌ㊁吸附剂用量为３.０ｇ㊁反应时间为９０ｍｉｎ.ＩＨＯＭＺ对砷(Ⅴ)的吸附量为１.６９ｍｇ/ｇ.溶液的初始ｐＨ对除砷效果无显著影响ꎬ但温度对ＩＨＯＭＺ的吸附能力有显著影响.ＩＨＯＭＺ对砷(Ⅴ)的吸附是通过内球配位的离子交换进行的ꎬ同时热力学结果(吸附能(ＥＤＲ)为１０.４３ｋＪ/ｍｏｌ)也证实了吸附过程为化学吸附过程.Ｌｉ等[４４]也利用三价铁离子对天然沸石进行改性得到铁改性沸石(Ｆｅ－ｅｚ).通过ＸＲＤ㊁ＳＥＭ㊁透射电子显微镜(ＴＥＭ)等８２３㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版２０２３年㊀㊀㊀㊀表征方法发现ꎬ天然沸石在改性过程中晶体结构没有改变ꎬ且物理性质稳定.实验结果表明ꎬｐＨ对Ｆｅ－ｅｚ的吸附量有较大的影响ꎬ与Ｎｅｋｈｕｎｇｕｎｉ等[４３]研究结果相反ꎬ溶液的ｐＨ对砷的吸附有一定影响.在ｐＨ为３~６时ꎬＦｅ－ｅｚ对砷(Ⅴ)吸附量基本保持不变ꎬ随着ｐＨ升至１０ꎬ其吸附量则显著降低.Ｆｅ－ｅｚ对砷(Ⅲ)的吸附略有不同ꎬ在ｐＨ为６~９时ꎬＦｅ－ｅｚ对砷(Ⅲ)的吸附量最高.Ｆｅ－ｅｚ对砷的去除是通过在沸石表面形成的氧化铁与砷形成络合物.因此ꎬ相对于化学吸附ꎬ其吸附作用力较弱ꎬＦｅ－ｅｚ对砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的吸附量为０.１ｍｇ/ｇ和０.０５ｍｇ/ｇ.相比于铁氧化物ꎬ纳米零价铁(ＮＺＶＩ)具有较高的阴离子吸附能力和独特的核壳结构[４５]ꎬ因此沸石与ＮＺＶＩ结合可能会提高其吸附能力.但ＮＺＶＩ易发生氧化聚集ꎬ致使表面积减少ꎬ降低吸附能力[４６].因此制备复合材料过程中要选取合适的材料减少ＮＺＶＩ的团聚和氧化.Ｌｉ等[４７]利用三价铁离子和天然沸石为原料ꎬ通过还原法合成了纳米零价铁改性沸石(Ｚ－ＮＺＶＩ).ＳＥＭ表征显示ꎬＮＺＶＩ在沸石表面均匀分散ꎬ同时傅里叶红外光谱(ＦＴＩＲ)显示ꎬＮＺＶＩ在Ｚ－ＮＺＶＩ表面没有被氧化.上述结果证明ꎬＮＺＶＩ成功地负载到天然沸石上.ＸＲＤ和Ｘ射线光电子能谱(ＸＰＳ)证实ꎬＺ－ＮＺＶＩ吸附砷(Ⅲ)后生成了砷酸铁(ＦｅＡｓＯ４).在ｐＨ为６时ꎬＺ－ＮＺＶＩ对砷(Ⅲ)的吸附量为１１.５２ｍｇ/ｇ.实验表明ꎬＺ－ＮＺＶＩ对砷吸附存在静电吸附㊁离子交换㊁氧化还原㊁共沉淀㊁络合等多种吸附机制.相对于铁改性ꎬ表面活性剂也广泛应用于天然沸石改性.壳聚糖因为成本低㊁生物降解性好㊁生物相容性好受到了广泛关注.壳聚糖是通过甲壳素的碱性脱乙酰反应得到的ꎬ其含有丰富的羟基和氨基ꎬ同时还具有一定的吸附能力ꎬ因此可以被用来除砷[４８].然而ꎬ壳聚糖在酸性介质中会发生一定的溶解ꎬ单一的壳聚糖对酸性废水中砷的去除效果有限[４９].因此ꎬ为了提高壳聚糖对砷的吸附ꎬ更多的研究集中在壳聚糖复合材料上.Ｈａｎ等[５０]制备了壳聚糖包覆的Ｎａ－Ｘ改性沸石.通过ＳＥＭ㊁ＸＲＤ㊁ＥＤＸ等表征发现ꎬ通过壳聚糖包覆的改性沸石没有出现壳聚糖的团聚现象.实验表明ꎬ壳聚糖包覆可以显著改善Ｎａ－Ｘ沸石的除砷性能.壳聚糖包覆的Ｎａ－Ｘ沸石去除砷(Ⅴ)最佳ｐＨ为２.１ʃ０.１ꎬ最大吸附量为６３.２３ｍｇ/ｇ.ＦＴＩＲ和ＸＰＳ分析结果表明ꎬ改性沸石对酸性废水中Ａｓ(Ⅴ)的去除是通过改性沸石表面官能团( ＮＨ２等)的吸附作用以及形成的Ａｓ Ｎ键Ａｓ Ｏ键的键合作用完成的.表１对上述改性沸石材料的除砷性能进行比较.表１㊀改性沸石除Ａｓ(Ⅲ)/Ａｓ(Ⅴ)性能比较材料目标最佳ｐＨ吸附等温线吸附量/(ｍｇ ｇ－１)参考文献ＩＨＯＭＺＡｓ(Ⅴ) Ｆ１.６９[４３]Ｆｅ－ｅｚＡｓ(Ⅲ)Ａｓ(Ⅴ)３９ＦＦ０.１０.０５[４４]Ｚ－ＮＺＶＩＡｓ(Ⅲ)９Ｆ１１.５２[４７]Ｎａ－ＸＡｓ(Ⅴ)２.１Ｌ６３.２３[５０]㊀㊀天然沸石作为一种晶体状的硅铝酸盐ꎬ由于其特殊的结构和离子交换能力而受到许多学者的关注.然而ꎬ天然沸石由于自身的一些缺陷导致其除砷能力有限ꎬ大量学者把目光集中在改性沸石上.在上述沸石除砷研究进展中ꎬ大量学者对天然沸石进行改性ꎬ制得的改性沸石相较于天然沸石除砷能力有较大提升.但由于沸石自身的结构和性质ꎬ改性后的沸石的吸附量相较于新型吸附材料(氧化石墨烯㊁金属有机框架)仍然存在着一定的差距.因此ꎬ近年来改性沸石逐渐淡出了学者们的视野.２.２㊀氧化石墨烯石墨烯(Ｇｒａｐｈｅｎｅ)是碳的一种同素异形体ꎬ也是构成其他石墨材料的基本单元.石墨烯具有许多优点ꎬ如大比表面积㊁高导电性和良好的机械弹性ꎬ但其结构稳定㊁片层间堆积力较大㊁分散性较差９２３㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙丛婷ꎬ等:吸附材料去除水体中砷的研究进展㊀㊀这些特性限制了其应用和发展.因此ꎬ具有更好特性的氧化石墨烯(ＧｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅꎬＧＯ)获得更多关注.氧化石墨烯是石墨粉经过化学氧化得到的ꎬ其一般是指单层氧化石墨.与石墨烯相比ꎬ氧化石墨烯具有更丰富的含氧官能团ꎬ这些官能团可以嫁接其他化学物质ꎬ从而形成新的氧化石墨烯复合材料[５１－５２].氧化石墨烯表面的羟基㊁羧基等官能团的存在可以促进砷在氧化石墨烯表面的吸附ꎬ因此氧化石墨烯作为一种潜在的除砷吸附剂引起了学者们的兴趣ꎬ其主要吸附机理见图３.然而ꎬ氧化石墨烯的使用存在着一些问题ꎬ如处理后纳米颗粒较难分离㊁易团聚等[５３].因此ꎬ研究人员通常用不同的材料修饰氧化石墨烯以提高其处理性能.常用的修饰材料有金属纳米颗粒和天然聚合物等.图３ 氧化石墨烯复合材料除砷主要机理铁纳米颗粒(ＦｅＮＰＳ)是一种常见的金属纳米颗粒.在改性沸石材料研究进展中ꎬ本文提到的ＮＺＶＩ是一种有效的铁基吸附剂ꎬＦｅＮＰＳ和ＮＺＶＩ具有相似的性质ꎬ其也具有较大的比表面积和良好的吸附能力.有研究表明ꎬ将ＦｅＮＰＳ装配在碳质材料表面可以提高其在溶液中的分散性ꎬ而石墨烯是目前最有应用前景的碳质材料之一[５４－５５].此外ꎬ氧化石墨烯中的官能团还可以充当纳米材料的成核位点ꎬ并促进更多的纳米颗粒分散在氧化石墨烯表面[５６].因此ꎬＦｅＮＰＳ－氧化石墨烯复合材料具有一定的除砷价值.Ｄａｓ等[５７]通过溶胶－凝胶法将ＦｅＮＰＳ装配在氧化石墨烯表面ꎬ合成了一种氧化石墨烯－铁复合纳米材料(ＧＦｅＮ).ＴＥＭ表征显示ꎬＦｅＮＰＳ均匀地分布在氧化石墨烯薄片上ꎬ且ＦｅＮＰＳ不仅均匀分布在氧化石墨烯表面ꎬ而且还分散到氧化石墨烯薄片之间.ＸＰＳ结果表明ꎬＧＦｅＮ表面的主要成分为ＦｅＯＯＨ和Ｆｅ２Ｏ３/Ｆｅ３Ｏ４.实验结果表明ꎬ将ＦｅＮＰＳ负载在氧化石墨烯表面ꎬ可以提高砷在纳米复合材料中的吸附率.ＧＦｅＮ对砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的吸附量分别为３０６和４３１ｍｇ/ｇ.当砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)初始质量浓度为１００μｇ/Ｌ㊁ＧＦｅＮ投加量为２５０ｍｇ/Ｌꎬ砷的去除率可以在１０ｍｉｎ时达到９９％.共存离子实验中ꎬ杂离子和有机物对除砷效率无明显影响.Ｆｅ３Ｏ４也是一种常见的铁纳米颗粒ꎬ且Ｆｅ３Ｏ４本身带有磁性ꎬ可以解决纳米材料分离难的问题.Ｙｏｏｎ等[５８]研究了Ｆｅ３Ｏ４/氧化石墨烯复合材料(Ｍ－ＧＯ)和Ｆｅ３Ｏ４/还原氧化石墨烯复合材料(Ｍ－ｒＧＯ)对砷的去除效果.通过ＸＲＤ㊁ＦＴＩＲ和ＸＰＳ等多种方法对Ｍ－ＧＯ和Ｍ－ｒＧＯ进行表征发现ꎬ在Ｍ－ＧＯ和Ｍ－ｒＧＯ表面可以观察到Ｆｅ３Ｏ４颗粒.实验发现ꎬＭ－ＧＯ含有较多的含氧基团ꎬ有助于在氧化石墨烯表面形成Ｆｅ３Ｏ４ꎬ从而更好地吸附砷.所以ꎬＭ－ＧＯ对砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)都表现出更强的除砷能力.Ｍ－ＧＯ对砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的吸附量分别为８５和３８ｍｇ/ｇꎬ而Ｍ－ｒＧＯ对砷(Ⅲ)０３３㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版２０２３年㊀㊀㊀㊀和砷(Ⅴ)的吸附量分别为５７和１２ｍｇ/ｇ.许多稀土金属氧化物对重金属离子表现出较好的吸附能力ꎬ而二氧化铈(ＣｅＯ２)作为最常见的稀土材料之一ꎬ由于其具有优越的性能得到了广泛应用[５９].ＣｅＯ２在一定条件下具有在＋３价和＋４价之间相互转换的能力ꎬ还具有一定氧化能力ꎬ因此ＣｅＯ２在环境治理中有一定的发展潜力[６０].但ＣｅＯ２纳米颗粒尺寸较小ꎬ易团聚ꎬ一般需要以复合材料或嵌入支架的形式使用.氧化石墨烯具有的大比表面积以及稳定的空间架构可以较好地解决ＣｅＯ２纳米颗粒的问题ꎬ因此ＣｅＯ２/氧化石墨烯复合材料(ＣｅＯ２－ＧＯ)可能是一种良好的除砷吸附剂.Ｓａｋｔｈｉｖｅｌ等[６１]通过水热法合成氧化铈/氧化石墨烯(Ｃｅｒｉａ－ＧＯ)复合材料.ＳＥＭ表征显示ꎬＣｅｒｉａ－ＧＯ复合材料的形态结构与原始氧化石墨烯差异不大ꎬ表明合成过程没有改变氧化石墨烯的形态.ＴＥＭ分析结果表明ꎬＣｅＯ２纳米颗粒成功负载在氧化石墨烯表面.所制备的Ｃｅｒｉａ－ＧＯ复合材料在０.１ｍｇ/Ｌ的初始质量浓度范围内ꎬ砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)几乎被完全去除(去除效率超过９９.９９％).Ｃｅｒｉａ－ＧＯ对砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)的吸附量分别为１８５和２１２ｍｇ/ｇ.实验结果表明ꎬ砷通过静电作用吸附到Ｃｅｒｉａ－ＧＯ复合材料ꎬ三价铈离子是一个活性位点ꎬ可以吸附砷ꎬ由于溶液氧化还原环境的影响ꎬ四价铈离子向三价铈离子的转变是同时发生的ꎬ因此ꎬ三价铈离子质量浓度的增加进一步促进了溶液中砷的完全去除.相对于金属纳米颗粒ꎬ壳聚糖作为一种天然聚合物ꎬ其具有丰富的官能团和一定的吸附能力ꎬ但同时也具有一些缺点ꎬ因此需要制备壳聚糖复合材料以提升其性能ꎬ这一点已经在改性沸石除砷研究进展中提到过.Ｓｈｅｒｌａｌａ等[６２]制备了壳聚糖/磁性氧化石墨烯(ＣＭＧＯ)纳米复合材料.通过ＢＥＴ比表面积检测法(ＢＥＴ)㊁ＦＴＩＲ㊁ＳＥＭ㊁ＥＤＸ和振动样品磁强计(ＶＳＭ)对复合材料进行了表征.结果表明ꎬ所制备的ＣＭＧＯ纳米复合材料具有大比表面积(１５２.３８ｍ２/ｇ)和较好的饱和磁化强度(４９.３０ｅｍｕ/ｇ).当初始溶液ｐＨ从酸性到中性时ꎬＣＭＧＯ除砷效率不断提高ꎬ然而在碱性条件下ꎬ除砷效率有所降低.在ｐＨ为７.３时ꎬＣＭＧＯ吸附量最高ꎬ为４５ｍｇ/ｇ.此外ꎬ纳米复合材料的超顺磁特性可以利用外部磁场分离和回收纳米颗粒.表２对上述ＧＯ复合材料的除砷性能进行比较.表２㊀ＧＯ复合材料除砷(Ⅲ)/砷(Ⅴ)性能比较材料目标最佳ｐＨ吸附等温线吸附量/(ｍｇ ｇ－１)参考文献ＧＦｅＮ砷(Ⅲ)砷(Ⅴ)３５ＬＬ３０６４３１[５７]Ｍ－ＧＯＭ－ｒＧＯ砷(Ⅲ)砷(Ⅴ)砷(Ⅲ)砷(Ⅴ)７３７３ＦＦＦＦ８５３８５７１２[５８]Ｃｅｒｉａ－ＧＯ砷(Ⅲ)砷(Ⅴ)ＬＬ１８５２１２[６１]ＣＭＧＯ砷(Ⅲ)７Ｌ４５[６２]㊀㊀氧化石墨烯由于其自身的优异特性成为一种潜在的除砷吸附剂ꎬ但自身的团聚问题影响着其吸附性能.在上述氧化石墨烯复合材料除砷的研究中发现ꎬ氧化石墨烯复合材料很好地解决了自身团聚的问题ꎬ并提高了其除砷性能.相较于沸石㊁生物炭等传统吸附剂ꎬ氧化石墨烯复合材料的吸附能力有着较大的提升ꎬ成为近年来学者们关注的重点.２.３㊀生物炭生物炭(ＢｉｏｃｈａｒꎬＢＣ)是生物有机材料在缺氧或者无氧条件下高温碳化裂解得到的一种具有丰富微孔结构的固相物质.生物炭的基本组成元素为碳㊁氢㊁氧㊁氮等ꎬ富碳为其重要的特征.生物炭具１３３㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙丛婷ꎬ等:吸附材料去除水体中砷的研究进展㊀㊀有丰富的孔隙结构和较大的比表面积ꎬ除此之外ꎬ其表面还含有大量官能团ꎬ如羟基( ＯＨ)㊁羧基( ＣＯＯＨ)㊁醌基( ＣＨＯ)等ꎬ以及一些含氮和含硫的官能团[６３－６４].独特的结构和大量的官能团赋予了生物炭良好的稳定性和强大的吸附能力ꎬ同时这些独特的理化性质使其有着巨大的应用前景.在原材料方面ꎬ其来源广泛ꎬ木屑㊁污泥㊁畜禽粪便㊁厨余垃圾和农田秸秆等经济易得废弃生物质都可以作为其原材料.制备成本低㊁操作简单㊁原材料来源广和吸附能力强等一系列优点使生物炭广泛应用于农业㊁工业㊁能源㊁环境等领域.但未改性生物炭作为重金属吸附剂受到处理后难以分离和再利用等条件的限制[６５]ꎬ且砷离子以氧阴离子的形式存在于水中ꎬ生物炭通常带负电荷ꎬ砷和未改性生物炭之间存在静电排斥ꎬ很难吸附到未改性生物炭上[６６].近年来ꎬ许多研究人员对生物炭进行改性处理以提高性能ꎬ常见的改性方式有金属改性㊁磷改性和氮改性等ꎬ改性生物炭除砷主要机理如图４所示.图４ 改性生物炭除砷主要机理㊀㊀在改性沸石和氧化石墨烯复合材料除砷研究进展中ꎬ本文提到铁改性已经广泛应用于沸石和氧化石墨烯中.目前ꎬ铁改性生物炭因易于固液分离而受到越来越多的关注.因为活性炭在处理后难以分离和再利用ꎬ所以在污水处理中受到了限制.铁是一种常见的磁性颗粒ꎬ经铁改性后的生物炭具有磁性ꎬ因此吸附后可通过简单的磁性过程与介质分离[６７].此外ꎬ在生物炭上引入铁可以增加其表面积并形成更加丰富孔隙结构ꎬ从而为去除废水中的污染物提供更多的吸附位点[６８].然而ꎬ在生物炭上负载过多的铁可能会占据吸附位点或堵塞孔结构ꎬ导致吸附量的降低[６９].因此ꎬ铁改性生物炭需要进一步的研究.Ｙａｏ等[７０]利用氯化铁和硫酸铁对生物炭进行改性ꎬ制得氧化铁改性生物炭(ＦｅＯｘ－ＢＣ).ＸＲＤ表明ꎬ氧化铁改性生物炭中氧化铁保持立方尖晶石结构ꎬ这说明氧化铁的磁性基本不变ꎬ这使得氧化铁改性生物炭容易通过磁性过滤器分离.通过考察初始ｐＨ㊁反应时间㊁吸附剂用量和共存阴离子对砷(Ⅴ)的去除影响ꎬ结果表明ꎬ在初始砷质量浓度为１０ｍｇ/Ｌ㊁吸附剂用量为５.０ｇ/Ｌ㊁溶液初始ｐＨ为３.０~８.０㊁反应时间为１ｈ的条件下ꎬ氧化铁改性生物炭对砷(Ⅴ)的吸附量为２０.２４ｍｇ/ｇꎬ砷(Ⅴ)的去除率可超过９５％.在共存离子实验中ꎬ磷酸盐和硅酸盐对砷(Ⅴ)的去除影响较大ꎬ而硫酸盐对砷(Ⅴ)的去除几乎没有影响.Ｎｈａｍ等[７１]以水稻秸秆为原料ꎬ通过氯化铁对生物炭进行改性ꎬ制得铁改性水稻秸秆生物炭(Ｆｅ－ＢＣ).ＦＴＩＲ㊁ＳＥＭ和ＥＤＸ结果表明ꎬ铁成功负载在生物炭表面.与未改性生物炭相比ꎬ铁改性生物炭表现出较强的异质性ꎬ因此ꎬ铁改性生物炭比未改性生物炭的结构更有利于提高溶液中砷(Ⅴ)的吸附.ＦＴＩＲ结果表明ꎬ改性过程增强了生物炭表面官能团的强度ꎬ这些官能团可以成为生物炭吸附的新活性位点.铁改性生物炭在溶液初始ｐＨ为５.０时吸附量最大.根据Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温线显示ꎬ铁改性生物炭的最大吸附量为２６.９ｍｇ/ｇ.近年来ꎬ锰氧化物作为吸附材料也广泛应用于砷的去除.锰氧化物其比表面积较大且表面活性能力较强ꎬ对重金属有络合和氧化作用ꎬ从而具有一定吸附固定重金属的能力.为了进一步提升生物炭对重金属的吸附性能ꎬ许多研究人员开始把目光集中在双金属改性材料上.一些研究发现ꎬ铁/锰二元改性吸附剂在吸附重金属离子方面比单金属改性材料更有优势[７２－７３]ꎬ因此铁/锰改性材料具备２３３㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版２０２３年㊀㊀。
含砷的污水处理方法
含砷的污水处理方法引言概述：污水中含有砷是一种常见的环境污染问题。
砷是一种有毒物质，对人类健康和生态环境造成严重威胁。
因此，研究和应用含砷污水处理方法至关重要。
本文将介绍五种常见的含砷污水处理方法，包括物理处理、化学处理、生物处理、电化学处理和吸附剂处理。
一、物理处理方法：1.1 沉淀法：通过加入适量的沉淀剂，如氢氧化铁或者氢氧化铝，将砷转化为不溶于水的沉淀物，然后进行沉淀和过滤，从而实现砷的去除。
1.2 过滤法：利用特殊的过滤材料，如活性炭或者陶瓷膜，将污水中的砷颗粒截留下来，从而达到去除砷的目的。
1.3 蒸发法：通过加热污水，使水分蒸发，而砷则留在残渣中，通过采集并处理残渣，达到去除砷的效果。
二、化学处理方法：2.1 氧化法：利用强氧化剂，如高锰酸钾或者过氧化氢，将砷氧化为易于沉淀的形式，然后进行沉淀和过滤，最终去除砷。
2.2 还原法：通过加入还原剂，如亚硫酸钠或者亚硫酸氢钠，将砷还原为无毒的形式，然后采用沉淀或者过滤的方式去除砷。
2.3 中和法：通过加入适量的中和剂，如氢氧化钠或者氢氧化钙，将污水中的砷中和为无毒的物质，然后进行沉淀或者过滤，实现砷的去除。
三、生物处理方法：3.1 微生物还原法：利用某些特殊的微生物，如硫酸盐还原菌，将砷还原为无毒的形式，然后通过沉淀或者过滤的方式去除砷。
3.2 植物吸收法：通过种植一些对砷具有较高吸收能力的植物，如水稻或者菊花，将砷从污水中吸收到植物体内，从而达到去除砷的目的。
3.3 生物吸附法：利用某些特殊的微生物或者生物材料，如生物炭或者海藻，将砷吸附到其表面，然后进行沉淀或者过滤，实现砷的去除。
四、电化学处理方法：4.1 电沉积法：通过在电极上施加电流，使砷离子在电极上还原为金属砷，然后进行沉淀和过滤，最终去除砷。
4.2 电吸附法：利用电极表面的电荷吸引砷离子，将砷吸附到电极上，然后进行沉淀或者过滤，实现砷的去除。
4.3 电解法：通过在电极上施加电流，使砷离子在阳极上氧化为易于沉淀的形式，然后进行沉淀和过滤，最终去除砷。