活性氧化铝对水中砷吸附试验研究摘要：通过静态实验研究了活性氧化铝对水中As（ⅴ）的吸附性能，分析了吸附As（ⅴ）动力学，吸附等温线以及不同pH和溶液中共存离子的影响。
结果表明：活性氧化铝吸附As（ⅴ）的最佳pH为4~6，在pH为5.5左右的时候达到最大去除率99%；活性氧化铝吸附As（ⅴ）受氟离子，碳酸根离子和磷酸根离子影响较大，硝酸根和硫酸根基本无影响，而氯离子有促进吸附的效果；活性氧化铝吸附As（ⅴ）可用Langmuir吸附等温线很好的拟合，属于单分子层吸附，最大吸附量为15.7mg/g；其动力学符合Lagergren二级动力学模型。
关键词：活性氧化铝；As（ⅴ）；吸附；除砷Adsorption of As（ⅴ）from water by activated Aluminum OxideAbstract:The adsorption properties of activated aluminum oxide to As（ⅴ）were researched by captive test in the paper.The adsorption kinetics、adsorption isotherm、influencing factors of Ph and coexistence ion were studied.The result showed that the optimal pH value adsorption of As（ⅴ）by activated aluminum oxide was from 4 to 6, when pH was about 5.5,the removal rate of As（ⅴ）was the largest,that was 99%.F-、CO32-、PO32-前言：元素砷对人和生物无毒属于内分泌干扰物的一种，而砷的化合物都具有相当的毒性。
在自然界中砷主要以硫化物存在，砷已被美国疾病控制中心(CDC)和国际防癌研究机构(IARC)确定为第一类致癌物，且三价砷化物的毒性比五价砷化物要高得多。
《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定饮用水中砷的限值为50 g ／L。
如果人畜长期食用含砷的水，则砷化物将在人体内逐渐积累，造成慢性危害。
据报道，通过各种途径进入水圈的砷，全世界每年约11万吨；由于砷的用途广泛，与人们的生产生活密切相关，很多工业生产中会产生大量的含砷超标废水。
因此，对工业生产中的废水和生活中的饮用水的除砷，是一个关系民生的重要课题。
常用的除砷技术有吸附法、混凝法和离子交换法，其中吸附法以其使用简便、经济、可再生等特点被广泛应用J，砷吸附剂有活性炭、活性铝、粉煤灰、氧化铁、负载铁交换树脂等。
活性氧化铝具有很高内部表面积，这种高表面积三氧化二铝粒子提供了大量的吸附位置，并有利于吸附的发生。
并且活性氧化铝的加工技术目前国内外已经非常成熟，其经济易得。
笔者以三氧化二铝为研究对象，研究了他对As（ⅴ）的去除性能。
1.实验内容与方法1.1实验内容试验主要研究了活性氧化铝对As（ⅴ）的吸附性能、去除率和吸附容量，包括：1）单因素（pH值、反应时间、初始浓度、共存离子）对吸附性能的影响；2）活性氧化铝对As（ⅴ）吸附等温线试验和动力学试验。
1.2实验方法试验所用活性氧化铝吸附剂为购置，，其各项物理指标如下：堆积密度≥0．70(g／cm3 )；比表面积≥320(m2／g)；孔容积≥0．40(cm3／g)；粒径1～2(mm)，实验前磨碎过80目筛；用分析纯NaAsO3，配制As(ⅴ)质量浓度为1g／L的储备液，用去离子水按要求稀释储备液，配制试验用水样。
所用试剂：NaOH、Hcl、NaAsO3。
平衡溶液的砷浓度用AFs-830原子荧光光度计测定。
1.2.1吸附量和去除率的计算1）吸附量：q=(c0-c)×V/1000m式中：q为平衡吸附量，mg/g；c0和c分别为溶液中砷的初始浓度和吸附后平衡浓度，mg/l；V为溶液体积，ml；m为活性氧化铝投加量，g。
2）去除率：(c0-c)×100%/ c0式中：c0和c分别为溶液中砷的初始浓度和吸附后平衡浓度，mg/l。
2.结果与讨论2.1pH值对活性氧化铝除As（ⅴ）吸附性能的影响称取0．1 g处理好的活性氧化铝样品于100 mL离心管中，加入50 mL质量浓度为10 mg/L (以As计)含砷溶液。
用浓度为1 mol·L。
的HCl或NaOH溶液调节溶液pH值，在25o C条件下置于振荡器上以180r·mim-1的转速振荡12 h(保证吸附平衡)后，离心取上清液以Afs原子荧光光度计测量平衡溶液的浓度。
并计算不同pH下砷的去除率。
见图1图1 pH值对吸附速率的影响由图1可以看出活性氧化铝对As（ⅴ）的吸附性能与pH值有密切关系，pH 值对活性氧化铝除As（ⅴ）性能有着显著的影响。
酸性条件下的去除率要显著高于碱性条件，在pH为4~6时达到最大去除率。
这主要是因为PH值能影响吸附剂的表面电荷、被吸附物质的离子化程度和生成物的类型，不同的吸附剂在不同的PH 值下会表现出不同的吸附效果和变化规律。
有研究表明，PH值是影响金属氧化物对阴离子吸附的重要因素。
而氧化铝的等电点PZC约等于6，在碱性环境中，吸附剂表面呈负电性，吸附剂对阴离子的排斥作用增强，从而使吸附作用下降。
因此以活性氧化铝作除砷剂，预先调节好含砷水pH值或者将活性氧化铝酸化，有利于活性氧化铝对砷离子的吸附，以达到很好的除砷效果。
2.2共存离子对活性氧化铝除As（ⅴ）吸附性能的影响称取样品0.1 g，置于100mL离心管中，加入50mL制备好一定含量的NO-3、SO2-4、HCO-3、F-、cl-、HPO2-3，且砷的质量浓度均为10 mg/L的水溶液。
调节溶液为中性，室温25o C条件下振荡12小时后离心测定砷浓度。
不同离子对去除率影响见表1共存离子种类浓度（g/l）去除率Cl- 10 97.97%CO3 10 35.53%F- 10 17.87%HPO3 10 8.43%NO3 10 94.21%SO4 10 82.64% 不加离子94.42%表1 共存离子对吸附性能的影响由于砷在溶液中是以砷酸根阴离子形式存在，因此主要研究了水溶液中共存阴离子对去除率的影响。
由表1可以看出，磷酸根、碳酸根、氟离子共存条件下对去除率的影响较大，其中氟离子的影响最大，说明在氟离子存在的条件下，氟离子会与砷酸根离子竞争吸附位点从而使去除率下降。
硝酸根离子和硫酸根离子有一定影响，但影响不大。
而在氯离子存在的条件下，可以促进砷离子的吸附。
2.3活性氧化铝吸附As （ⅴ）的吸附等温线称取0．1 g 活性氧化铝样品于100 mL 离心管中，加入50mL 质量浓度不同的含As （ⅴ）溶液，调节溶液为酸性，25o C 条件下振荡至平衡，离心后取上清液测定平衡溶液中As （ⅴ）离子浓度，计算出不同浓度下的吸附量。
结果如图2图2 活性氧化铝吸附砷（Ⅴ）的吸附等温线用Langmuir 等温式和Freundlich 等温式进行线性拟合，其中Langmui 等温式形式：me c m e q c k q q 1111+⨯= 式中：q e 为平衡吸附量，q m 为最大吸附量，mg/g ；k c 为Langmuir 常数，c e 为平衡溶液浓度，mg/l ；。
Freundlich 等温式形式：f e e k c nq log log 1log +=式中：q e为平衡吸附量，mg/g；c e为平衡溶液浓度，mg/l；c e和k f为Freundlich 常数。
用实验数据进行Langmuir线性曲线拟合和Freundlich线性曲线拟合。
如图3、图4图3 Langmuir拟合曲线图4 Freundlich拟合曲线由图3和图4可以看出活性氧化铝的Langmui拟合曲线的相关参数R2=0.9468，b=0.0278；Frendlich拟合曲线的相关参数R2=0.9193，n=6.402，k f=0.0857，因此活性氧化铝除As（ⅴ）的吸附吻和Langmui等温线式，吸附过程为单分子层吸附，最大吸附量为15.7mg/g。
2.4活性氧化铝吸附砷的动力学研究称取0.4g样品于250ml锥形瓶中，加入200ml质量浓度为10 mg/L (以As计)含砷溶液，调节溶液为酸性，温度25o C，不同时间取样测定As（ⅴ）浓度。
吸附时间与去除率的关系如图5所示。
图5 吸附时间对去除率的影响如图所示，在吸附时间为4h 后其去除率达到90%以上，并且再随着反应时间的增加去除率增长较为缓慢趋近与平衡。
因此可以认为在吸附时间为4h 后，吸附基本上已达到平衡。
将实验数据按照Lagergren 二级速率方程式进行拟合，可以求出活性氧化铝吸附剂对As （ⅴ）的吸附速率常数。
Lagergren 二级速率方程可表示为：ee t q tk q q t +=221 式中t 为吸附时间，min ；q t 和q e 分别为吸附时间t 和吸附平衡时的吸附量，mg ／g ； k 2为二级吸附速率常数，g ／(mg·min)。
结合结果见图6图6 Lagergren 二级速率方程由图可知，活性氧化铝对As （ⅴ）的吸附符合Lagergren 二级速率方程，k2=0.016g／(mg.min)，q e=4．6mg／g。
k2较小，说明该吸附过程较缓慢：吸附进行1h，吸附的As（ⅴ）达到最大吸附量的81％，约4 h后才达到吸附平衡；前1 h 为快速吸附阶段，之后吸附速率逐渐变慢，直至达到平衡。
3．结论(1)活性氧化铝吸附As（ⅴ）的最佳pH为4~6，去除率保持在95%以上，在pH 为5.5左右的时候达到最大去除率99%。
（2）活性氧化铝吸附As（ⅴ）受氟离子，碳酸根离子和磷酸根离子影响较大，硝酸根和硫酸根基本无影响，而氯离子有促进吸附的效果；（3）活性氧化铝吸附As（ⅴ）可用Langmuir吸附等温线很好的拟合，属于单分子层吸附，最大吸附量为15.7mg/g；其动力学符合Lagergren二级动力学模型。