活性炭负载亚铁离子去除水中高氯酸盐的研究 近年来，高氯酸盐的污染问题越来越受到人们的关注。本研究采用浸润法制备复合材料活性炭负载亚铁离子GAC-Fe（Ⅱ），考察在不同的反应条件下复合材料GAC-Fe（Ⅱ）对高氯酸盐的去除效果，包括pH、温度、高氯酸根初始浓度和共存离子的影响。 标签：高氯酸盐；活性炭；亚铁离子；影响因素 高氯酸盐是高氯酸形成的盐类，各化学键能量分布比较均匀，含有四面体型的高氯酸根离子ClO4-。高氯酸盐易溶于水中，不易分解，可以随水体流动，是一种持久性的污染物质，在环境中的半衰期可长达十年[1-3]。因ClO4-离子的电荷和半径与I-相似，它可以与I-竞争转运蛋白，从而抑制人体对I-的摄取吸收，导致甲状腺激素分泌减少，虚弱甲状腺功能[4，5]。 高氯酸盐的污染包括人为污染和自然污染。人为污染主要包括火箭燃料、军火工业、爆破作用、烟花燃放等领域[6]。自然污染是在自然田间下产生的高氯酸盐，可通过地壳运动、大气沉积、气溶胶等产生。 去除高氯酸盐的方法很多，按处理原理，分为物理化学处理法和微生物处理法。其中物化法包括活性炭及改性活性炭吸附法、氧化还原法、离子交换法、膜分离法等方法；微生物法是指通过微生物的作用，在厌氧和酶催化条件下，使高氯酸根作为电子受体被还原降解为氯离子的方法[7-9]。 1 实验材料的制备 1.1 实验材料与仪器 活性炭（GAC），工业品；高氯酸钠（NaClO4，质量分数>99%）；七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O，质量分数>99%）；氢氧化钠（NaOH，质量分数>99%）；浓盐酸（HCl，质量分数>99%）等，所用药品全部为分析纯。 电子天平，pH计，离子色谱仪（ICS-1000），水浴锅，恒温振荡器，电热恒温鼓风烘箱，单联立式万用电炉。 1.2 复合材料的制备 用大烧杯取适量活性炭用去离子水冲洗干净后超声30min，放置电炉中加水煮沸，多次换水煮沸至水干净无漂浮物，置于110℃烘箱中干燥至恒量备用。 分别称取5g的GAC放入4、5、6号烧杯中，再称取6g的Fe SO4·7H2O分别加入到3个烧杯中，放入110℃烘箱中浸润24h，取出后用去离子水清洗4-5遍，置于烘箱中烘干后保存。 2 实验部分 2.1 高氯酸根初始浓度的影响 随着高氯酸根初始浓度的增加，GAC-Fe（Ⅱ）（6g）对高氯酸根的去除率不断下降。其原因可能是复合材料对高氯酸根的吸附效果存在一个临界值，当到达最大吸附容量时，对高氯酸根不再吸附，达到饱和状态，此时复合材料表面的吸附活性位点已完全占据，由去除率公式计算可知，在初始浓度不断增加时，R在不断减小，去除率下降。由此可见，当初始浓度过高时，不利于GAC-Fe（Ⅱ）对高氯酸根的去除。 2.2 pH值对高氯酸盐去除的影响 当溶液为酸性条件下，随着pH值的升高，材料GAC-Fe（Ⅱ）（6g）对高氯酸根的去除率增加，在pH在6左右时达到最大。当溶液为碱性时，随着pH值的升高，复合材料对高氯酸根的去除率下降。原因可能是溶液随着pH的变化，其中的H+含量随着改变，H+可与高氯酸根和亚铁离子反应，生产氯离子，当pH值过低时，H+消耗复合材料上大量的亚铁离子，使亚铁离子的负载量下降，降低了复合材料的吸附性，反而使去除效果下降。而在碱性条件下，溶液中的OH-与亚铁离子发生反应，生成沉淀或络合物堆积在活性炭表面，降低活性炭的吸附能力，使其对ClO4-的去除效果下降。实验结果表明，在酸性条件下更有利于GAC-Fe（Ⅱ）对高氯酸根的去除。 2.3 温度对去除高氯酸盐的影响 随着温度的升高，材料GAC-Fe（Ⅱ）（6g）对高氯酸根的吸附去除效果有所提高，与常温25℃下的去除率相比，当温度提高到70℃时，去除率增加了7%左右，说明温度对去除效果有着较大影响。原因是当温度提高时，分子间的运动加剧，活化能升高，碰撞几率增大，复合材料表面孔隙率增加，吸附性增强，因而导致去除率升高。 2.4 共存离子对去除高氯酸盐的影响 Cl-和CO32-对ClO4-的去除有抑制作用，而BrO3-对ClO4-的去除有促进作用。Cl-对高氯酸盐的去除效果影响不是很大，但是随着浓度的增加，抑制作用有所增强，所以水中少量的Cl-对高氯酸盐的去除影响不是很大。BrO3-离子的存在增强了对高氯酸盐的去除效果，可能因为BrO3-具有较强的氧化性，溴酸盐和高氯酸盐都是含氧酸盐，具有很多化学共性，对去除高氯酸盐有一定的催化作用。 3 结束语 通过浸润法制得的复合材料活性炭负载亚铁离子GAC-Fe（Ⅱ）可以有效地去除水中的高氯酸盐，并研究不同条件下的去除效果，得出以下结论： （1）溶液在酸性条件下，随着pH的增加，去除率增加；在碱性条件下，随pH的增加，去除率降低。 （2）温度对去除效果也存在着影响，但不是很明显。去除效果随着温度的提高有小幅提升。 （3）高氯酸盐的初始浓度对去除率有着明显影响，随着初始浓度的增加，去除率不断降低，去除效果减弱，但吸附容量却持续增加。 （4）低浓度的Cl-的存在对高氯酸盐的去除影响不大，但会随着Cl-浓度的增加对去除高氯酸盐有着抑制作用。CO32-离子的存在大大降低了高氯酸盐的去除效果，而BrO3-离子的存在却对高氯酸盐的去除有促进作用。 参考文献 [1]蔡亚岐，史亚利，张萍，等.高氯酸盐的环境污染问题[J].化学进展，2006，18（11）：1554-1564. [2]Gullick R W，Lechwvallier M W， Barhorst T S.Occurrence of perchlorate in drinking water sources sources[J].Journal AWWA，2001，93（1）：66-77. [3]Sorial G A. The perchlorate dilemma in drinking water [J].Journal of Environmental Engineering，2004（1）：1-2. [4]李琴，孟伟，张金良，等.高氯酸盐的健康危害研究现状[J].毒理学杂志，2009，23（3）：250-252. [5]顾华坚.高氯酸盐对甲状腺功能的影响调查[J].中国现代医生，2012，50（20）：5-7. [6]Okamoto H S，Rishi D K，steeber W R，et al. Using ion chroma to graphy to detect perchlorate[J].Journal AwwA，2005（10）：73-84. [7]肖讴，陈兵，杨志泉.改性膨润土吸附去除水体中高氯酸盐的离子交换性能研究[J].环境科学学报，2013，33（2）：415-423. 作者简介：石伟（1990-），男，汉族，湖北黄冈人，硕士研究生，研究方向：市政工程。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/a6b87238fb0f76c66137ee06eff9aef8951e4869.html