机械力活化方解石复合硫酸亚铁去除水中镉/砷复合污染研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0373

摘要/Abstract

摘要：

水体中的镉、砷等重金属污染严重威胁人类的健康安全，其中镉/砷复合污染去除难度更大。通过水中镉/砷复合污染去除试验，探究机械力活化方解石复合硫酸亚铁去除镉/砷复合污染的性能，发现机械力活化方解石可显著提升水中镉/砷复合污染的去除效果。试验结果表明，活化方解石复合硫酸亚铁在30 min内对溶液中镉、砷离子的去除率可达到99%以上。采用SEM-EDS、XRD、XPS等方法对活化方解石复合硫酸亚铁高效去除水中镉/砷复合污染机理进行研究，结果表明，方解石在机械力活化的作用下改变了自身的结晶度和溶解活性，其在水体中溶解水解产生CO₃ ^2-与OH^-的性能明显提升，OH^-促进硫酸亚铁在溶液中与砷形成稳定的铁氧结合态沉淀，CO₃ ^2-与溶液中的镉结合形成稳定的碳酸镉沉淀。

关键词: 水体修复, 镉/砷复合污染, 混凝沉淀, 机械力活化, 方解石

Abstract:

Heavy metal pollution such as cadmium and arsenic in water seriously threatens human health and safety, and the removal of Cd/As combined pollution is more difficult. In this work, the performance of mechanically activated calcite composite FeSO₄ to remove Cd/As combined pollution was investigated by Cd/As combined pollution removal test in water. It was found that mechanically activated calcite can significantly improve the removal efficiency of Cd/As combined pollution in water. The results showed that the removal rate of Cd and As can reach 99% in 30 min by activated calcite composite FeSO₄. The removal mechanism of Cd/As combined pollution in water by activated calcite and FeSO₄ was studied by SEM-EDS, XPS, and XRD. The results showed that the crystallinity and dissolution activity of calcite were changed by mechanical activation, and the hydrolysis of calcite to produce CO₃ ^2- and OH^- wasenhanced. OH^- promoted the formation of a stable iron oxide bound precipitate of FeSO₄ with arsenic, and CO₃ ^2- binded with cadmium to form a stable precipitate of cadmium carbonate.

Key words: water restoration, Cd/As combined pollution, coagulating sedimentation, mechanical activation, calcite

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I5/80

图/表 11

图1 方解石活化前后对水体中镉、砷污染去除效果的比较

Fig.1 Comparison of removal effects of cadmium and arsenic in water before and after outivation of calcite

图2 活化方解石投加量对镉、砷去除效果的影响

Fig.2 Effect of activated calcite dosage on removal of Cd and As pollution in water

图3 污染物初始浓度对污染物去除效果的影响

Fig.3 The effects of initial concentration of pollutants on the removal of pollutants

图4 搅拌速度对污染物去除效果的影响

Fig.4 The effects of stirring speed on the removal of pollutants

图5 方解石活化前后XRD对比

Fig.5 XRD comparison of calcite before and after activation

图6 方解石活化前后的SEM对比

Fig.6 SEM comparison of calcite before and after activation

表1 BET表征数据

Table 1 BET representation data

名称	比表面积/（m²·g^-1）	孔体积/（cm³·g^-1）	平均孔径/nm
方解石	0.199	0.000 6	12.17
活化方解石	2.723	0.030 8	43.43

图7 方解石活化前后缓释性能对比

Fig.7 Effect of calcite before and after activation on release performance

图8 镉/砷复合污染去除后沉渣的XRD分析

Fig.8 XRD analysis of activated calcite after passivation

图9 镉砷复合污染去除后沉渣的SEM-EDS分析

Fig.9 SEM-EDS analysis of activated calcite after passivation

图10 镉砷复合污染去除后沉渣的XPS分析

Fig.10 XPS analysis of activated calcite after passivation

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