王茜茜,孙路静,赵子旺,孟颖,王亚华,张鉴达,栾富波.纳米零价铁颗粒去除As(III)和As(V)的动力学过程及性能研究[J].环境科学学报,2021,41(11):4519-4527
纳米零价铁颗粒去除As(III)和As(V)的动力学过程及性能研究
- Investigation of kinetic processes and performance of As(III) and As(V) removal by nano-zero-valent iron particles
- 基金项目：国家自然科学基金（No.41977280，U1904205，51808541）；中国-斯里兰卡水技术研究与示范联合中心资助项目（中国科学院中国-斯里兰卡联合科教中心）
- 王茜茜
- 1. 河北师范大学资源与环境科学学院, 河北省环境变化遥感识别技术创新中心, 河北省环境演变与生态建设省级重点实验室, 石家庄 050024;2. 中国科学院生态环境研究中心, 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085
- 孙路静
- 1. 中国科学院生态环境研究中心, 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085;2. 中机第一设计研究院有限公司, 合肥 230601
- 赵子旺
- 1. 中国科学院生态环境研究中心, 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085;2. 中国科学院大学, 北京 100049
- 孟颖
- 中国科学院生态环境研究中心, 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085
- 王亚华
- 1. 中国科学院生态环境研究中心, 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085;2. 中国科学院大学, 北京 100049
- 张鉴达
- 河北师范大学资源与环境科学学院, 河北省环境变化遥感识别技术创新中心, 河北省环境演变与生态建设省级重点实验室, 石家庄 050024
- 栾富波
- 1. 中国科学院生态环境研究中心, 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085;2. 中国科学院大学, 北京 100049
- 摘要：本研究系统分析了不同初始砷浓度和不同nZVI投加量等条件下，nZVI去除As（III）和As（V）的动力学过程和除砷性能.结果表明，nZVI可快速有效地去除As（III）和As（V），除砷过程均符合准二级动力学模型，且As（III）的去除速率明显快于As（V）.在砷浓度为5 mg·L-1时，As（III）去除速率常数达最大值0.30 g·mg-1·min-1，为As（V）去除速率（0.034 g·mg-1·min-1）的8.8倍.Weber-Morris粒子内扩散模型拟合结果表明，nZVI除砷速率是由外扩散和颗粒内扩散共同控制的.分析反应平衡时砷浓度测定结果，发现不同砷浓度条件下nZVI对As（III）的去除量为As（V）的1.5~2.6倍，nZVI对砷的去除量随初始砷浓度增加而降低，随nZVI投加量增加而增加.砷浓度为50.0 mg·L-1时，As（III）和As（V）去除量达到最高，分别为152.14 mg·g-1和62.02 mg·g-1，均高于传统（羟基）氧化铁对As（III）和As（V）的去除量.因此，nZVI可高效去除水中As（III）和As（V），且用于修复以As（III）污染为主的地下水更具有优势.
- Abstract：To analyze the kinetics and evaluate the performance of As(III) and As(V) removal by nano-zero-valent iron (nZVI), a batch experiment was conducted with different initial concentrations of arsenic (As) and nZVI dosages. The results showed that both As(III) and As(V) were rapidly and effectively removed by nZVI, and the removal processes were in accordance with the pseudo-secondary kinetic model. The removal rate of As(III) by nZVI was significantly higher than that of As(V), and achieved the maximum of 0.30 g·mg-1·min-1 at the As concentration of 5 mg·L-1, 8.8 times higher than the removal rate of As(V) (0.034 g·mg-1·min-1). Based on the curve fitting by Weber-Morris intraparticle diffusion model, the removal rate of As by nZVI was controlled by both external and intraparticle diffusion. Additionally, it was also observed that the removal capacity of As(III) was 1.5~2.6 times hihger than that of As(V) with different initial As concentrations, whereas the removal of As decreased with the increase of initial arsenic concentration and increased with the increased nZVI dosage. The maximum removal capacities of As(III) and As(V) by nZVI were 152.14 mg·g-1 and 62.02 mg·g-1 at the initial As concentration of 50 mg·L-1, respectively, which was much higher than that of by (hydroxy)iron oxide. Accordingly, nZVI can be an alternative for the remediation of As contaminated groundwater, especially for coping with the As(III) dominated groundwater pollution.
