文 献 综 述

1.1研究的背景

1.1.1水合氧化铁

众多研究表明氧化物如水铁矿^[1-2]、针铁矿^[3-4]、赤铁矿^[5]、正方针铁矿^[6]和水合氧化铁（HFO）^[7]等对于重金属离子如Cu、Pb、Zn、As等都有着优异的吸附能力，被认为是一种极具潜力的重金属离子吸附剂。其中，凭借较大的比表面积、低廉的价格、环境友好以及特殊的酸碱吸附性，水合氧化铁受到了特别的青睐。

水合氧化铁是由三价铁离子在弱碱性环境中或在热水中所生成的，化学式可表达为FeO(OH)(或Fe₂O₃ #183;XH₂O)。^[8] 自然环境中广泛存在水合氧化铁，其结晶度差且排列无序，肉眼可观察的水合氧化铁为棕红色。从实际角度来看，铁的水合物的化学结构及其复杂，不同的制备条件将会导致水合氧化铁的形态、组成和结构产生很大差别。^[8]经过国内外学者大量的研究工作，虽未得出统一结论，但普遍认为水合氧化铁是八面体的Fe(O,OH)结构。

.水合氧化铁具有特别的酸碱吸附性，在不同的pH环境下有着不同的存在形式。基于此特点，其既可吸附阳离子又可吸附阴离子。酸性环境下，HFO大部分以阳离子形式存在。碱性环境下，HFO大部分以阴离子形式存在。中性环境下，HFO可以阳离子、阴离子或中性价态共存。完全吸附后，可通过调节溶液pH使得HFO改变其带电状态从而达到脱附的目的^[9]因此，水合氧化铁是去除无机污染物（如重金属离子铜、镉、砷以及无机磷等）吸附剂的首选。然而，自然状态下水合氧化铁颗粒的粒径很小，一般为2-10nm左右^[10]这种细小的纳米颗粒极易发生团聚，造成吸附位点的损失。同时，粉末状的形态结构在实际应用中难以固液分离，应用在流态系统中水力学性能差、压降大。这一特性极大的限制了HFO在实际工程中的应用。

1.1.2水合氧化铁负载型纳米复合吸附剂

为了克服HFO的应用瓶颈，研究者常将HFO负载到大颗粒的多孔载体中制备复合吸附剂。复合吸附剂中常用的的多孔载体包括活性炭^[11-14]、纤维素^[15]、砂子^[16]、硅藻土^[17]和树脂^[18-19]等等。Guo等人^[15]将HFO负载到纤维素上，发现负载后的复合吸附剂对As(III)和As(V)都有较好的吸附效果，吸附量分别达到了46.8mg/ml和15.6mg/ml,HFO的负载量最高达到了50%。Isean等人^[19]将HFO负载到大孔阴离子交换树脂上，考察了固定床柱吸附条件下该复合吸附剂对As(III)和As(V)的吸附效果，结果表明，即使在硅酸根和磷酸根等竞争离子共存时，仍能够实现较好的除砷效果，吸附剂使用盐酸有效脱附再生循环使用。此外，Gupta等人^[16]在将负载到沙子表面后，发现负载后的吸附剂在处理含砷废水上的效果要远好于不含的沙子，但是整体处理效果仍有待进一步提高。

在众多的多孔载体中，树脂的机械强度好，孔结构和表面化学性质可调控，部分离子交换树脂还具有Dannon Membrane预富集效应，已成为制备载纳米复合吸附剂理想的载体。Matthew等人将负载于带有负电荷磺酸型阳离子交换树脂上，制备得到阳离子交换树脂复合吸附剂^[20]，并考察了复合吸附剂对砷的去除性能，结果表明：HIX对As(III)和As(V)都有很好的去除效果，且不需要调节或者预氧化；出水几乎检测不到砷，其他指标（如其他阴离子含量和pH值）都几乎没有变化；机械强度好，很适合固定床吸附柱体系；颗粒扩散是吸附砷的限速步；吸附后的复合吸附剂能用的进行有效的脱附，实现吸附剂的循环再利用。课题组张庆建等^[21]将HFO负载于阴离子交换树脂上，制备了HFO-D201复合吸附剂，并考察了载铁量对去除As(V)性能的影响。结果表明：载铁量对复合吸附剂的吸附容量和吸附动力学有很大的影响，简单来说，吸附性能随着载铁量的提高而提高，但是载铁量到一定值后，进一步的提高反而会降低吸附容量，可能是由于孔道堵塞、可利用活性位点减少导致。