同步辐射方法原位研究高岭土负载铁基纳米氧化物对水中重金属离子的协同吸附机制

The method and material development for heavy metal ions removal in drinking water is a cosmopolitan widespread concerned research topic. The adsorption mechanism study to remove the heavy metal ions is meaningful for the development of low-cost, highly efficient and stable adsorption material. The current project aims at using the kaolin loaded nano-sized iron oxides as the adsorption material for As ions removal and investigation of the synergistic effects of kaolin and nano-sized iron oxides on the oxidation of As(III) and the co-adsorption of As(III)/As(V) in water solution by the in-situ synchrotron radiation based XAFS technique. The micro-oxidation process of As（III）and the prior adsorption sites of As(III)/As(V) on the kaolin loaded nanostructured iron-oxides as well as the complex formed on the surface as the function of adsorption time will be studied. Combining with the thermodynamics and kinetics analysis of arsenic adsorption process, the co-adsorption mechanism of arsenic adsorption in water solution by kaolin loaded nano-sized iron oxides will be clearly revealed. This project will supply both the theoretic insight and the technique direction for the development of low-cost and highly efficient materials for heavy ions removal in drinking water.

饮用水中重金属离子的去除方法和材料是目前国内外普遍关注的研究课题，开展对重金属离子吸附机制的研究，对发展低成本、高效、稳定的吸附材料有着重要的指导意义。本项目以高岭土负载的铁基纳米氧化物作为砷吸附材料，利用同步辐射XAFS方法原位研究载体与铁基纳米氧化物协同作用对水中As(III)的氧化过程及对As(III)和As(V)的吸附过程，探索高岭土与铁基纳米氧化物对As（III）的微观氧化过程及As(III)、As(V)吸附到高岭土负载的铁基纳米氧化物表面时的优先吸附位点、形成的复合结构随吸附时间变化的规律，结合对水中砷吸附的热力学及动力学过程研究分析，揭示载体与铁基纳米氧化物对水中砷的协同吸附机制。本项目的开展将为开发低成本、高效的去除饮用水中重金属离子的材料提供理论基础和技术支持。

饮用水中重金属离子的去除方法和材料是目前国内外普遍关注的研究课题，开展对重金属离子吸附机制的研究，对发展低成本、高效、稳定的吸附材料有着重要的指导意义。本项目研制了多种对水中砷等重金属离子具有高效吸附作用的铁基、镁基纳米材料，在此基础上，为了能够将纳米材料进一步往实用化发展，研制了高岭土负载的铁基纳米材料。探索了制备工艺条件对纳米材料吸附As(III)、As(V)等重金属离子的影响规律，系统研究了所研制的纳米材料对As(III)、As(V)等重金属离子的吸附动力学、热力学过程，分析了pH值、共存离子等因素对材料吸附As(III)、As(V)等重金属离子的影响规律。并利用同步辐射XAFS方法研究了载体与铁基纳米氧化物协同作用对水中As(III)的氧化过程及对As(III)和As(V)的吸附过程，从实验上证实了As(III)在吸附到高岭土负载的铁基纳米氧化物上时除了存在与As(V)类似的吸附行为外，还存在着As(III)被氧化及复合纳米材料中的铁被还原的过程。在理论研究的基础上，将高岭土负载的铁基纳米材料进行了对实验室配制高砷水及内蒙古托克托县兴旺庄含砷地下水处理的固定床实验，结果表明载体负载的纳米材料能够有效去除实验室配制的高砷水及内蒙古托克托县兴旺庄含砷地下水中的砷，出水符合国家《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006），为开发低成本、高效的去除饮用水中重金属离子的材料提供理论基础和技术支持。经过三年不懈的努力，按时完成了研究计划，取得了预期的研究成果。在课题执行过程中，已发表SCI收录学术论文23篇，其中影响因子大于3.0的20篇，申请发明专利4项，其中授权1项，协助培养研究生4名，完成了课题任务书的计划任务，实现了预期的目标。