高鐵酸鹽去除廢水中重金屬及其他污染物的研究進展
重金屬污染嚴重威脅著水的生態(tài)環(huán)境和人類健康，有必要研制一種高效、綠色的水處理劑。高鐵酸鉀作為一種新一代的水處理劑，以其獨特的氧化和混凝作用，得到了眾多研究者的深入研究。本文綜述了高鐵酸鉀的制備方法及其在水處理中的應(yīng)用，以去除重金屬和處理其他污染物。
對人體有害的重金屬屬于一類污染物，其中，這取決于它們的不同的形式，某些重金屬毒性毒性的，水是難以除去，且易于組裝。目前，重金屬的處理包括化學(xué)吸附，沉淀，膜，生物材料等。
高鐵酸鹽作為一種環(huán)保型綠色環(huán)保材料，具有很強的氧化能力，氧化還原電位甚至高于一些強氧化劑，如臭氧。高鐵酸鹽反應(yīng)生成的fe3+具有良好的吸附性能，能通過深度強化吸附去除水中的污染物。本文綜述了高鐵酸鹽的實際應(yīng)用。
1.高鐵酸鹽的制備方法
01 濕式氧化法
濕氧化是在高濃度的NaOH的使用條件下，次氯酸鈉產(chǎn)生高的三價鐵的鹽，因為高鐵酸鹽具有高的溶解度，KOH加入到該溶液中，晶體可以被沉淀高鐵酸鉀。高鐵酸鹽制備該方法中，雖然高純度，但是，在制造過程比較復(fù)雜，并且產(chǎn)率低。
02 電解法
電解即電化學(xué)氧化方法，這種方法是元素鐵或鐵化合物作為電極，在一定濃度的NaOH溶液，使用電的高鐵酸鹽的氧化溫度下制備對氧化的效率有一定的影響，如果溫度變化，高鐵酸鹽的分解率會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。為了解決這個問題，研究人員使用的Pt或摻雜材料B作為陽極，熔融狀態(tài)相應(yīng)的堿性電解液，降低制備過程中溫度的影響。
03 高溫氧化法
高溫氧化法也稱干法氧化法，是將氧化鐵和硝酸鉀混合，然后加熱至1100℃煅燒，制得高鐵酸鉀。但該方法所得高鐵酸鉀純度很低，鐵在產(chǎn)品中的價態(tài)不唯一，且易吸水，不適合制備高純高鐵酸鉀。
2、hsr在去除單一重金屬中的應(yīng)用
從高鐵酸鹽中去除鉛的研究
鉛是一種有毒的元素，如果在與高鉛體內(nèi)，可引起鉛中毒。高鐵酸鹽除去鉛，主要依賴于反應(yīng)吸附的Fe(OH)3中產(chǎn)生，并在堿性條件下，將導(dǎo)致復(fù)雜的狀態(tài)存在下，最后的Pb(OH)2的沉淀物形成，以便從除去水。鉛和高鐵酸鉀高濃度的其它模擬處理赫溫喱導(dǎo)致礦井水進行了研究。結(jié)果表明，除去鉛隨pH變化，pH值在8至10，95%除去鉛除去效果良好的范圍內(nèi)變化。法庭止滑如使用高鐵酸鉀處理重金屬廢水模擬的，研究表明，pH值是在模擬的水樣中除去鉛的一個重要因素，不同pH條件下去除而變化，但某些劑量下，高速鐵路的鉀可導(dǎo)致水達到國家排放標(biāo)準。如上所述，高鉀鐵具有含鉛模擬廢水很好的去除效果，但復(fù)雜的組合物的面部，不同的污染物水的實際濃度，以及具體的去除機理有待進一步研究。
高鐵酸02去除鉻的研究
Cr(Ⅵ)是一種致癌物，其毒性大、難去除且有生物放大效應(yīng)，對人類的健康危害巨大，印染、化工、金屬冶煉等企業(yè)排出大量含鉻廢水。Cr(Ⅵ)的去除是靠高鐵酸鉀反應(yīng)產(chǎn)生具有較好的吸附性的Fe(Ⅲ)，同時，Cr(Ⅵ)也是強氧化劑，可與還原性物質(zhì)強烈反應(yīng)，生成Cr(Ⅲ)，進而生成Cr(OH)3沉淀從水中去除。崔建國等利用高鐵酸鉀對微污染水中的Cr(Ⅵ)進行處理，研究表明，當(dāng)氧化和絮凝段的pH與時間為一定值時，在相應(yīng)條件下，Cr(Ⅵ)的去除率可達84.41%。證明了高鐵酸鉀可以高效去除水中的Cr(Ⅵ)。
從高鐵酸鹽中去除類金屬砷的研究
砷廣泛分布于自然界，具有生物毒性，通常被稱為金屬。砷化合物通常分為無機砷和有機砷，因而具有很強的毒性的無機砷。體內(nèi)研究已經(jīng)表明，砷可以被轉(zhuǎn)換為彼此化合價;砷主要是水和酸離子亞砷酸根離子以兩種形式存在，在一定條件下被轉(zhuǎn)化為三氧化二砷砷酸。一種用于去除砷一般化學(xué)沉淀法，鐵的氧化物，膜法等，通過反應(yīng)主要是不溶性沉淀物的砷的方法，或產(chǎn)生的Fe(Ⅲ)的高鐵酸鉀的經(jīng)受吸附和絮凝反應(yīng)，最終由固 - 液分離除去。作為(Ⅲ)在一個單一的水的形式不存在，和Fe(Ⅵ)的Fe(Ⅴ)，鐵(Ⅳ)和在本發(fā)明方法其它中間體減少，所以作為FeO42-(Ⅲ)氧化物可以是更復(fù)雜 。 M.范嚓嗇HAsO32-等以H2AsO3-提出了兩種反應(yīng)可以存在，參見式(1)的反應(yīng)式(2)。
總反應(yīng)見式(3)。
Y.Lee等人分析了Fe(VI)、As(Ⅲ)和As(V)在pH=7時的主要存在形式，探討了Fe(VI)氧化As(Ⅲ)的機理。結(jié)果表明，高鐵酸鹽氧化為As(Ⅲ)的過程實際上是氧原子的轉(zhuǎn)移機理。由于氧原子的轉(zhuǎn)移，(Ⅲ)最終氧化為As(V)，F(xiàn)e(VI)還原為Fe(Ⅲ)。是的。
fe(vi)可以通過單電子轉(zhuǎn)移過程氧化底物，生成fe(v)和自由基。然而，這種自由基的產(chǎn)生只能在fe(vi)與有機分子(如苯酚、苯胺)的反應(yīng)中觀察到。Y. Lee等人提出，作為(iii)被fe(vi)氧化的雙電子轉(zhuǎn)移過程也已被實驗數(shù)據(jù)驗證，與研究fe(vi)氧化其他含無機氧陰離子(so32-,seo32-)。其中，雙電子轉(zhuǎn)移過程中從feo 42到so32的氧轉(zhuǎn)移也可以通過同位素18o示蹤實驗證明。然而，fe(vi)氧化為(iii)是通過氧的雙電子轉(zhuǎn)移的理論仍然缺乏實驗數(shù)據(jù)驗證。Sunyulin對廢水中作為(v)的處理的研究表明，在ph2.0到3.0時，作為(v)的去除率高達98.0。Jiangguomin研究了高濃度含砷廢水的處理方法。結(jié)果表明，在一定工藝條件下，用鐵酸鹽處理的砷的水濃度可達到國家標(biāo)準。
3.用高鐵酸鹽去除多種復(fù)雜的重金屬
高鐵01同時去除重金屬
廢水中的重金屬離子主要由化工、冶煉等企業(yè)排放到水體中，不同企業(yè)排放的重金屬的種類、含量和存在形式也不同。當(dāng)廢水中含有兩種或兩種以上的重金屬離子時，高鐵酸鹽的去除效率是否會受到影響也是一個值得探討的問題。M.Lim等人同時用高鐵酸鉀去除河水中的重金屬銅、錳、鋅。結(jié)果表明，高鐵酸鉀去除重金屬時，其氧化絮凝效果非常顯著，去除效率與pH有關(guān)，而總溫度對高鐵酸鹽與重金屬的反應(yīng)無影響。王穎欣等人。采用k2feo4有效治理砷鉛復(fù)合污染。當(dāng)k2feo4投加量為24mg/L時，砷和鉛的去除率分別達到99.30%和100%，當(dāng)溶液ph值小于7時，砷和鉛的去除效果較好。然而，與單一污染相比，低劑量k2feo4下砷與鉛之間存在著明顯的競爭，且k2feo4的用量越少越好，這可能與吸附容量有關(guān)。B.Lan等人采用高鐵酸鉀處理砷銻復(fù)合污染。As(Ⅲ)和Sb(Ⅲ)通過Fe(VI)還原產(chǎn)物從溶液中氧化分離。結(jié)果表明，兩種元素在雙溶質(zhì)溶液中的吸附速率明顯高于單溶質(zhì)溶液，說明砷和銻之間存在協(xié)同作用。
02hsr清除重金屬配合物
由于大量工業(yè)廢水排放到水環(huán)境中，導(dǎo)致重金屬絡(luò)合污染物的產(chǎn)生，絡(luò)合污染物的組成極其復(fù)雜，一般來說，水是游離重金屬，絡(luò)合重金屬以及有機配合物共存。一些研究使用Fe(Vi)來處理這種混合體系，并取得了較為理想的效果。
L. Sailo像高鐵酸鹽(Ⅵ)，用于處理一個金屬(Ⅱ) - 污染廢水復(fù)雜[即銅(Ⅱ)-NTA，銅(Ⅱ)-EDTA和Cd(Ⅱ)-EDTA]，在高鐵酸鹽的存在下制得(ⅵ)，酸性條件有利于金屬(ⅱ) - 降解絡(luò)合物/礦化，并增大到12.0在pH有效地同時去除游離銅或鎘。類似地，金屬銅水(Ⅱ)-IDA，鋅(Ⅱ)-IDA，鎘(Ⅱ)-IDA和Ni(Ⅱ)-IDA像 - 亞氨基 - 二乙酸配合物可以首先通過降低pH值的情況下的Fe(可以提高ⅵ )到M(ⅱ)-IDA率絡(luò)合溶液，在有機碳總量(TOC一顯著減少)，以獲得游離形式然后金屬離子的Fe(ⅵ)在時間處理的樣品的pH = 12.0，使用的Fe(ⅵ)氧化的在水中的金屬離子被進一步除去。 S. M. Lee等在CN-Cu系使用高鐵酸鹽，或者用于氰化物和同時除去銅或鎳的氧化的混合CN-Ni系CN-的Cu-Ni /夾雜物系統(tǒng)(Ⅵ)。結(jié)果表明，對于CN-Cu和CN-Ni體系，pH值= 10.0 CN可以是快速和有效的氧化反應(yīng)發(fā)生在pH值= 13.0的銅幾乎完全除去，也可以在CN-的Cu-Ni體系觀察到的，一個類似的結(jié)果，其通過與鐵(ⅵ)和Cu CN治療實現(xiàn)降解和部分地去除的Ni。
四。高鐵酸鹽用于其它污染物的處理
目前，富營養(yǎng)化也極為嚴重。通過大量的研究，發(fā)現(xiàn)磷是大多數(shù)水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素。目前，僅依靠生物除磷是難以達到要求的。因此，必須采用化學(xué)方法協(xié)助除磷。采用高速磷酸鐵酸鹽去除法，利用其高氧化性氧化含磷化合物，形成不溶性磷酸鹽沉淀。在反應(yīng)過程中，會產(chǎn)生一些復(fù)雜的中間復(fù)雜的產(chǎn)物，作為吸附和凈捕集作用，形成沉淀，從而被除去。Wuxiaorong通過研究獲得了最佳的除磷工藝條件。在相應(yīng)的工藝條件下，以高鐵酸鉀與聚合硫酸鐵相結(jié)合去除磷的速率可達到80左右，達到國家城市污水排放標(biāo)準水平的標(biāo)準。
高鐵酸鉀具有很好的去除有機物、抗生素和有毒物質(zhì)的作用。經(jīng)JingZhang等人的研究表明，高鐵酸鹽和亞硫酸鹽的結(jié)合可提高反應(yīng)活性，迅速去除有機物。比較了名寶峰對羥基苯甲酸甲酯(PMS)和Fe(Ⅵ)聯(lián)合去除抗生素的影響，發(fā)現(xiàn)二者結(jié)合的效果更好。V.K.Sharma等人顯示，高鐵酸鹽對去除氮、含硫污染物、抗生素、有毒物質(zhì)和重金屬具有顯著的影響。S.N.Malik等人的結(jié)果表明，高鐵酸鹽對顏色、COD和有毒物質(zhì)的影響不明顯。然而，通過按一定比例混合高鐵酸鹽和硫酸亞鐵，可以提高色度、COD和毒性物質(zhì)的去除率。COD和毒性物質(zhì)的去除率分別為96.5%、83%和75%。
同時也證明了高鐵酸鹽也可以用于水處理工藝的優(yōu)化。C.Wu等人提出了500 mg/L的K2FEO4可有效地氧化和分解污泥，提高污泥脫水性能和污泥生物降解性。在細菌100%滅活的條件下，E.Gombos等人分別用低濃度和高濃度的鐵(Ⅵ)凈化二級處理廢水。結(jié)果表明，生物氧化處理的廢水中TOC含量降低，高鐵酸鉀對有機物氧化的機理進行了進一步的探討。在一定條件下，ag+的存在可以促進反應(yīng)過程中·oh的生成，并進一步強化。高鐵酸鉀氧化有機物具有鄰苯氯酚處理速度快、處理率高的優(yōu)點，通過合理利用反應(yīng)過程中不同價態(tài)鐵的化學(xué)特性，可大大提高污水處理廠的處理效率。綜上所述，高鐵酸鹽作為一種性能獨特的處理劑，具有較好的發(fā)展前景和高效的實用價值。
5、結(jié)論
高鐵酸鹽在污水深度處理中的應(yīng)用研究遠不止這些。重金屬污染問題日趨嚴重，后果極其嚴重。高鐵酸鹽的獨特優(yōu)勢在于其強氧化性和良好的混凝效果。在高鐵酸鹽的降解過程中，通過單電子和雙電子轉(zhuǎn)移的機理，鐵(Ⅵ)最終還原為鐵(Ⅲ)或鐵(Ⅱ)。在反應(yīng)過程中，中間價態(tài)也會產(chǎn)生復(fù)雜的絡(luò)合物，產(chǎn)生吸附、中和和凈捕集等積極作用。具體的反應(yīng)機理與污染物的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。高鐵酸鹽的處理效果與溶液的ph值密切相關(guān)，因此用高鐵酸鹽處理污染物時，ph值的控制也非常重要。
高鐵酸鹽在污水深度處理中具有很高的實際應(yīng)用價值。然而，在實際的生產(chǎn)和制備過程中，存在許多問題，如穩(wěn)定性差、成本高，限制了大規(guī)模制備和應(yīng)用。然而，隨著高鐵酸鹽合成方法的不斷優(yōu)化和成熟，這并沒有成為阻礙其廣泛應(yīng)用的因素。高鐵酸鹽處理水中重金屬的研究尚處于實驗室研究階段，近年來得到了廣泛的認可和關(guān)注。隨著對多種污染物的處理條件和降解機理研究的不斷深入，它很快將顯示出高效的應(yīng)用價值。
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