微量过氧化氢在砷黄铁矿化学氧化过程中的作用

【摘要】含砷金属硫化物如砷黄铁矿等在矿山、土壤以及水体砷污染过程中发挥着重要作用，而砷黄铁矿中砷的迁移转化过程一直是学术界的研究热点。砷黄铁矿在自然条件下可被环境体系当中的O2、Fe3+氧化。H2O2普遍存在于自然水体或雨水当中，是光化学或辐射分解过程的产物，在含放射性物质的地质环境或工业废料堆放地更为常见。由于H2O2的氧化能力远高于O2，因此在自然环境中H2O2极可能参与了砷黄铁矿的氧化过程。尤其是当H2O2与砷黄铁矿晶格中的Fe(II)或其阶段性氧化产物硫酸亚铁中的Fe2+接触，可触发Fenton或类Fenton反应而产生具有更强氧化能力的羟基自由基，这可能增强H2O2对砷黄铁矿氧化进程的影响。通过探讨微摩浓度的H2O2在砷黄铁矿氧化过程中的综合效应，可以更好地了解含砷酸性矿山废水的形成过程。本硕士论文的主要研究目标是分析微摩尔浓度H2O2在砷黄铁矿化学氧化过程中的作用，揭示自然水体对于含砷酸性矿山废水形成的影响。相关研究内容如下：(1)探讨并完善基于HPLC-ICP-MS联用技术的水体砷形态分析检测技术和方法；(2)水体中微摩浓度H2O2对砷黄铁矿晶体的化学氧化过程和表面氧化特征分析；(3)水体中微摩浓度H2O2对砷黄铁矿粉末的化学氧化过程和沉淀物特征分析；(4)水体中微摩浓度H2O2对砷铁共沉淀过程的影响及规律；(5)模拟雨水对砷黄铁矿晶体的化学氧化过程。针对以上研究内容，本论文主要研究结论如下：(1)以2.0mmolL-1NaH2PO4和0.2mmolL-1EDTA(pH6.0)为流动相，采用G3154-65001和G3154-65002为砷形态色谱分离柱和保护柱，8分钟内各形态砷可完全分离，且峰形和线性均符合测试需求，可保证实测样品砷形态数据精确；(2)实验测定数据和晶体表面测试结果显示，微量H2O2对砷黄铁矿晶体的氧化过程长效稳定，且速率明显低于粉末态；低浓度H2O2对砷黄铁矿表面的氧化效果最佳，高浓度H2O2可使砷黄铁矿表面形成砷、铁、硫致密氧化层进而阻碍砷离子释放；(3)砷形态数据表明，20μmL-1H2O2对砷黄铁矿粉末的氧化效果最佳。在设定浓度范围内，氧化作用呈正态分布趋势；砷黄铁矿释放的砷主要以As(III)为主，且极易被H2O2氧化成As(V)；(4)H2O2和Fe2+均可促使As(III)转化为As(V)。20μmol·L-1H2O2和低浓度Fe2+的氧化效果最佳。溶液中的Fe2+和H2O2可发生聚沉，吸附砷离子。反应生成沉积物经SEM-EDX表面微观分析，Fe2+浓度与滤膜上的无定形形态的沉积物密度呈正比例关系，且沉积物表面的砷为氧化态，即As(V)。(5)模拟雨水实验中，H2O2可加速砷黄铁矿中砷、铁等元素的溶出和As(III)的氧化。低浓度H2O2溶液中As(III)浓度较高，环境危害性较大；因此，自然水体中普遍存在的低浓度H2O2对于矿区乃至下游水体中重金属元素的释放和迁移转化过程都可能产生重要影响。
【作者】高俊海；
【导师】徐秀丽；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），海洋地质，2014，硕士
【关键词】HPLC-ICP-MS联用；砷黄铁矿；H2O2；氧化作用；砷形态；

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