题目：铁类LDH去除水环境中砷的吸附机理研究

?
我国的水环境面临严峻形势，水污染日益加剧与水资源日趋短缺是我国目前存在的水环境问题的两大主要方面。水砷污染主要可分为自然污染和人为污染两种，其中危害较大的是人为污染。它的来源主要是在人类生产的和生活活动中，开采冶炼含砷金属矿和用砷化合物作原料的玻璃颜料、药物、纸张生产及煤燃烧过程中的含砷废水、废气、废渣造成的污染。长时间饮用砷含量超标的饮用水，会直接或间接导致人体砷中毒，引发各种危害，因此如何有效地去除砷污染或减轻砷毒害倍受人们的关注。
基于吸附法除砷与离子交换法除砷等理论基础，本文中主要合成了三种含铁的双金属氢氧化物：锌铁LDH，镁铁LDH及锰铁LDH，分别从材料的物质形态和物质元素成分角度来初步分析材料的性质；研究三种材料对水砷的吸附性能，分析三种材料各自的吸附作用发生规律，探讨其中各金属离子理化性质对吸附作用的影响；总结水砷与含铁LDH的作用规律。
实验证明：采用双滴定共沉淀法制备的锌铁LDH、镁铁LDH与锰铁LDH除砷材料制作简单，是较方便实用的除砷材料。比较其除砷效果：锰铁LDH的砷吸附容量较大，锌铁LDH与镁铁LDH对砷的吸附容量次之。但都属于较优良的水砷吸附剂。三种铁类LDH化合材料对砷模拟水样的吸附模型可用Langmuir方程进行描述，确定系数均大于0.97。在同一设定的pH值条件下，三种铁类LDH材料对水砷的吸附能力的顺序为Q(锰铁LDH)>Q(锌铁LDH)>Q(镁铁LDH)，锰铁-LDH的最大吸附容量根据Langmuir方程计算出为2259.9 ug/g。论文详细探讨了外界条件对除砷效果的影响，研究实验结果表明：三种除砷剂对高砷水的处理适用pH范围较宽，pH值对除砷效果不产生大的影响，水中Cl-、SO42-对铁类LDH去除砷的性能影响很小，CO32-对铁类LDH吸附砷有明显抑制作用。
粗略测定三种含铁类LDH吸附剂的化学组成和元素含量，三种材料分别含有Fe、Zn； Fe、Mg； Fe、Mn两个金属离子活性中心，具备了与溶液中砷(主要以砷酸根阴离子形式存在)配位的基本条件，因此吸附砷的能力比较强。三种材料中所含的二价金属种类不同及它们对砷的亲和性的差异，当镁铁LDH吸附砷酸根离子时，因镁的氧化物—氢氧化物具有微溶性，会影响该LDH材料吸附的活性滤膜的稳定性，从而使已被吸附的亚砷酸阴离子又有一定量的溶出，导致吸附率下降。锌铁LDH吸附砷酸根离子时，氢氧化锌自身属两性化合物，并且难溶，因此较之锌铁LDH就表现出其优越性。而锰铁LDH吸附砷离子时水合态的锰对砷有良好的亲和作用，锰铁LDH层状结构可将氧化形成的砷酸根离子吸附固定，从而实现对水砷的有效去除。
铁类LDH材料对水砷的吸附机理主要是通过外表面吸附和离子交换吸附的途径实现的。铁类LDH吸附过程可能如下：在反应刚开始，砷酸阴离子在范德华力与静电引力的作用下快速到达铁类LDH材料的吸附点位，随即逐渐扩散到LDH吸附剂层状结构的孔隙中，进而与不稳定的阴离子发生离子交换。从材料对砷的吸附过程中pH的变化和LDH的离子交换特性，推测砷的阴离子可能与氯离子类型LDH的层板间不稳定的Cl-发生了离子交换。
从理论上对其进行分析和讨论，从实验角度对其进行进一步的验证，结果表明，以铁类LDH外表面吸附与离子交换吸附原理的除砷方法是一种十分有效的除砷方法，具有一定的理论和实验依据，是处理砷污染水体的一个经济实用且值得推广的方法。
?