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潘丙才教授课题组在强化零价铁高效去除水中硒酸盐方向取得进展

       硒是生命活动的必需微量元素,但过量硒对动植物生长和人体健康有负面影响。水是人类和动植物摄入硒的重要来源,故世界各国对排放废水中硒浓度设定了严格的标准。矿石采选、冶炼等废水中常含有高浓度的硒酸盐[Se(VI)],同时含有硫酸根等多种高浓度的共存离子,排放前需经深度处理以达到严格的标准限值。Se(VI)在多价金属氧化物表面主要形成外层配位,作用力较弱,受共存离子的抑制影响较大,不易通过吸附或离子交换等方法去除,处理难度大。化学还原除Se(VI)被认为是一种有效的策略,其中零价铁作为廉价易得、环境友好的材料被广泛用于水污染治理,但零价铁表面钝化问题严重限制了其规模化应用,如何廉价、持续的活化零价铁成为发展高效的零价铁除Se(VI)技术亟待克服的瓶颈。
       我院潘丙才教授课题组多年来一直从事基于铁系材料的深度水处理技术与原理研究。近期,该团队成功开发了一种通过H2O2/HCl快速预腐蚀高效活化零价铁的方法(典型过程耗时15分钟),形成以零价铁、水合氧化铁(HFO)、Fe3O4和Fe2+为主要活性成分的悬浊液态复合试剂(pcZVI),基于该复合试剂发展了高效去除水中Se(VI)的方法,并阐明了相应去除过程和机理。在硫酸盐共存体系下,pcZVI相比于当量的零价铁、H2O2+零价铁组合以及HCl或H2O2单独预处理零价铁均具有明显更高的除Se(VI)性能。水中共存的氯离子、碳酸根、硝酸根和钠钾钙镁等离子对pcZVI除Se(VI)过程均无显著影响,此外,由于pcZVI具有优良缓冲能力,可适用于广泛pH范围(3-9)的含Se(VI)废水。研究表明,pcZVI体系中HFO强化预吸附Se(VI)作用是实现其有效还原Se(VI)以及提高零价铁电子选择性的主要原因,体系中游离态Fe2+的持续利用是Se(VI)去除的重要推动力,Se(VI)的还原主要由具有较强还原活性的表面结合态Fe(II)介导。X射线近边精细结构(XANES)分析表明,Se(VI)在pcZVI-硫酸盐体系下的去除主要是经由吸附态Se(IV)最终被还原为Se0的过程。该研究对发展强化零价铁净水技术以及复杂废水体系下硒酸盐的高效去除方法具有重要参考价值。
图1. H2O2/HCl预腐蚀强化零价铁除Se(VI)示意图

       这一研究成果近日在线发表于环境学科国际知名学术期刊Water Research (https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.01.038),论文第一作者为单超博士,通讯作者为潘丙才教授。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费、污染控制与资源化研究国家重点实验室的资助以及北京同步辐射装置的机时支持,作者一并表示感谢。

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