论文总字数：18380字

目 录

第1章 绪论 1

1.1 水体中溴酸盐的形成与危害 1

1.1.1 溴酸盐的来源 1

1.1.2 臭氧氧化中溴酸盐的形成机理 1

1.1.3 溴酸盐的危害 2

1.2 溴酸盐处理方法的研究进展 2

1.2.1 溴酸盐的控制技术研究进展 3

1.2.2 溴酸盐的去除技术方法研究进展 3

1.2.3 溴酸盐的吸附方法研究进展 4

1.3 本文的研究目的及意义 5

第2章 实验材料与实验方法 6

2.1 药品与准备 6

2.1.1 本实验所用化学试剂与药品 6

2.1.2 本实验所用的仪器设备 6

2.2 针铁矿的合成方案 6

2.3 表征方法 7

2.3.1 XRD 7

2.3.2 SEM扫描电镜 7

2.3.3 Zeta电位 7

2.4 溴酸盐的吸附实验 8

2.4.1 溶液配制方法 8

2.4.1 pH-IS实验 9

2.4.2 等温线实验 10

2.5 溴酸盐的分析 10

2.5.1 分析准备 10

2.5.2 标准曲线的绘制方法 11

2.5.3 计算方法 11

第3章 结果与讨论 12

3.1 针铁矿的表征结果 12

3.1.1 XRD 12

3.1.2 SEM扫描电镜 13

3.1.3 zeta电位 14

3.2 pH-IS影响实验 15

3.3 吸附等温线实验 16

第4章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献： 21

致 谢 22

溴酸根离子在针铁矿/水界面上的吸附机理研究

杨家琦

China

Abstract：Water treatment process of ozone oxidation of bromide ions in the water will be converted to harmful bromate ion. Therefore, control of bromate in water and removal of bromate has become a serious problem. Domestic and foreign scholars have done a lot of research, there has been some success in several control bromate generated method and methods to remove bromate. In this paper, goethite was used as an adsorbent material. The effects of pH, background ionic strength, temperature etc. on the adsorption of bromate were studied. The adsorption behavior, adsorption mechanism of bromate at the goethite/water interface, and the potential application in industrial prospected were also discussed. The results showed that goethite adsorption of bromate model monolayer adsorption, Langmuir model can fit the adsorption behavior. When the pH increases, adsorption capacity of bromate decreased significantly, when the background ionic strength increases, goethite bromate adsorption rate decreases , when the temperature rises, goethite bromate adsorption of trace amounts of salt increase. This result suggests that it has adsorption of bromate, it is possible for the removal of bromate after the industrial process optimization.

Key words：bromate; goethite; adsorption

第1章 绪论

1.1 水体中溴酸盐的形成与危害

1.1.1 溴酸盐的来源

在天然水体中，由于天然矿物、沉积岩的溶解与含盐海水的侵入，存在着微量的溴离子（Br^-），溴离子本身对人体不存在危害，但经过自来水处理工艺的臭氧消毒阶段后，水中的溴离子能被氧化成溴酸根离子^[1]。目前，水处理工艺中普遍采用臭氧氧化消毒法来代替加氯消毒法避免出现加氯消毒的附加污染物，但臭氧氧化消毒法也存在一些弊端，当水中的溴离子浓度高于20μg/L时，臭氧消毒会将水中的溴离子氧化成溴酸盐形成污染。这是溴酸盐的主要来源^[2]。

1.1.2 臭氧氧化中溴酸盐的形成机理

研究表明，臭氧氧化过程中溴酸盐的生成主要有以下三种方式：一是直接氧化途径，溴离子与臭氧分子直接生成溴酸盐；二是直接-间接氧化途径，溴离子与臭氧分子发生氧化形成中间产物，中间产物再与羟基自由基发生氧化形成溴酸盐；三是间接-直接氧化途径，溴离子与羟基自由基发生氧化反应生成中间产物，中间产物再与臭氧分子发生氧化生成溴酸盐^[3]。具体生成过程如图1所示。

图1臭氧氧化工艺中溴酸盐的生成途径

三种途径的文字表述如下：

（一）直接氧化途径：

（公式1.1）

在直接氧化途径中，溴离子被臭氧分子氧化生成中间产物，中间产物再被臭氧分子氧化成溴酸盐。

（二）直接-间接氧化途径：

（公式1.2）

在直接-间接氧化途径中，溴离子被臭氧分子氧化为HOBr/BrO^-，随后中间产物被羟基自由基氧化为BrO·，然后快速生成BrO₂，最终被臭氧分子氧化成溴酸盐。

（三）间接-直接氧化途径：

（公式1.3）

在这种途径中溴离子先和羟基自由基发生反应生成Br·，随后与臭氧分子发生反应生成BrO·，然后在羟基自由基的作用下生成BrO₂^-再与臭氧分子发生氧化反应生成溴酸盐。

从溴酸盐的生成途径中可以看出，溴离子会在臭氧的作用下生成溴酸盐，因此在水中存在着溴离子的时候，水经过臭氧氧化之后则不可避免的会产生溴酸盐，同时溴酸盐生成的浓度与水中溴离子的浓度，臭氧投加量，pH值，反应时间等都有密切的关系。因此控制溴酸盐技术便是通过改变以上条件来来达到控制溴酸盐生成的目的。

1.1.3 溴酸盐的危害

当下，臭氧消毒是饮用水强化常规处理的氧化工艺，可与水中有机物产生臭氧消毒副产物（DBPs），溴酸盐也是饮用水消毒副产物之一^[4]。沈明浩等人（2008）曾以小鼠骨髓红细胞、骨髓细胞染色体、精子为研究对象，观察溴酸钾对小鼠的致突变性，得到溴酸钾能够产生明显的致突变作用、引起精子畸形的结果，表明溴酸钾有潜在的遗传毒性^[5]。王伟等人为研究臭氧消毒饮用水副产物溴酸盐的遗传毒性，采用Ames实验、UDS实验和微核实验，从基因水平、DNA水平、染色体水平上对臭氧消毒副产物溴酸盐的遗传毒性进行研究，结果表明臭氧消毒副产物溴酸盐可能具有DNA及染色体水平的遗传毒性^[6]。在毒理学上和遗传学上溴酸钾的危害都被研究证实^[7-8]。

正因如此，溴酸钾被国际癌症研究机构（IACR）认定为2B级，即潜在人类致癌物。世界卫生组织规定水中溴酸盐的浓度上限为10μg/L，2007年我国饮用水标准中也将溴酸盐的浓度进行了规定，上限不得超过10μg/L^[9]。这一标准将溴酸盐纳入评价体系中，对溴酸盐的控制去除技术提出了一个极高的要求。因此，如何将溴酸盐控制在合格的范围内成为了水环境科学的一个重要研究方面。

1.2 溴酸盐处理方法的研究进展

溴酸盐的处理方法有两种方向。一种方向是在源头处减少溴酸盐的生成，即溴酸盐的控制方法，这些方法使用在水处理工艺中，对原有的水处理工艺进行改造，使臭氧氧化过程生成的溴酸盐减少；另一种方向是在已经生成溴酸盐的水体中对溴酸盐进行去除，因为溴酸盐相对来说较为稳定，因此在已经生成溴酸盐的水体中去除溴酸盐难度较高。

1.2.1 溴酸盐的控制技术研究进展

南开大学环境科学与工程实验室曾经对溴酸盐的形成机制与控制方法研究进展进行过详细的报道，影响溴酸盐生成的主要因素有：臭氧投量、溴离子浓度、pH值、天然有机物、水温、与碳酸盐碱度^[10]。因此，溴酸盐的控制技术主要通过改变上述条件来减少溴酸盐的生成。

一般包括加氨、氯氨联用、降低pH值、投加过氧化氢、消除自由基^[11]。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：18380字

相关图片展示：