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随着臭氧氧化技术在饮用水深度处理中日益广泛的应用,臭氧氧化含溴水产生的消毒副产物溴酸盐也引起了广泛的关注。溴酸盐因其较高的致癌可能性,已经被国际癌症研究机构归入2B级人类潜在致癌物,我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)和《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)标准均规定溴酸盐最高允许浓度为10μg/L,开展对饮用水中溴酸盐副产物进行控制和去除的研究非常迫切。针对现有溴酸盐控制和去除技术均存在一定缺点和不足,本文在总结前人研究的基础上,提出了利用锌铁铝层状双氢氧化物去除溴酸盐的技术。 本文在氮气保护条件下,采用共沉淀混合-超声震荡-水热晶化处理方法,制备出不同Zn/Fe/Al原子比的Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs,并开展了用于去除溴酸盐试验研究。实验中研究了接触时间、投加量、初始溴酸盐浓度、pH值、干扰离子等因素对溶液中溴酸盐去除的影响。同时,也对Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs去除溴酸盐的反应机理和反应动力学进行了分析,还对Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs的稳定性和回用性能进行了评估。通过烧杯实验考察了实验条件对Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs去除溴酸盐的效果的影响。研究发现:Zn/Fe/Al原子比为2∶2∶1的Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs去除性能较好,在高效去除溴酸盐的同时也能保持其结构的稳定性。Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs将溴酸盐还原为溴离子,同时伴随着部分的溴离子作为补偿阴离子进入层间,最终使得参与反应后的Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs仍能保持原有的结构;在较大pH值(中性及弱碱性条件下)范围内,Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs能有效地去除溴酸盐。同时,水中共存离子一定程度上会影响溴酸盐的去除效率,其影响程度与离子势有关,离子势较大的干扰阴离子对溴酸盐去除的影响越显著,其影响溴酸盐去除的顺序为:PO43->SO42-> CO32-> NO3-> ClO3-。但是,共存离子对Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs去除溴酸盐的影响相对较小,除磷酸根离子外,当硫酸根、碳酸根、硝酸根、氯酸根等共存离子的浓度在78μmol/L(100倍于溴酸盐浓度)以下时,Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs对溴酸盐的去除率仍然可达90%以上。对Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs去除溴酸盐的机理分析得出:去除溴酸盐的全过程可分为两个阶段:第一阶段溴酸盐在LDHs层板上被还原为溴离子;第二阶段,LDHs层状架构的稳定过程,即吸附溶液中的阴离子到层间,补偿层板新生的净正电荷。溴酸根的离子势较弱,容易受到溶液中其它阴离子的影响,因此溴酸根离子由Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs表面转移到活性位点(即颗粒扩散)是反应的速控步,限制了反应的速率。Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs去除溴酸盐的反应符合准二级反应动力学。借助X射线衍射仪、比表面积分析仪、扫描电子显微镜、电感耦合等离子体质谱仪对Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs的结晶、比表面积、形貌粒径和化学组成等进行了表征。结果表明:Zn-Fe(Ⅱ)-Al(2∶2∶1) LDHs晶化效果较好,与溴酸盐反应后,仍然表现出层状双氢氧化物的特征,且反应前后比表面积以及形貌特征均未几乎没有发生变化。同时,Zn-Fe(Ⅱ)-Al LDHs具有较好的稳定性能及回用性能。综上可知,在去除水体中溴酸盐上具有良好的应用前景。