高铁酸盐去除废水中重金属及其他污染物的研究进展

高铁酸盐去除废水中重金属及其他污染物的研究进展

重金属污染严重威胁水生态环境和人类健康，需要开发更加高效、绿色的水处理剂。 高铁酸钾作为新一代水处理剂，以其独特的氧化、混凝作用，受到众多研究者的深入研究。 综述了高铁酸盐的制备方法、高铁酸钾在水处理中去除重金属的研究及其在处理其他污染物中的应用。

重金属是一类对人体危害较大的污染物。 它们的毒性根据其形式而异。 有些重金属毒性较大，在水体中难以去除，且容易积累。 目前，重金属的处理方法主要有化学吸附法、沉淀法、膜法、生物法和材料法等。

作为一种环保绿色产品，高铁酸盐具有很强的氧化能力，其氧化还原电位甚至高于臭氧等一些强氧化剂。 高铁酸盐反应后生成的Fe3+具有良好的吸附性能，可以通过更深层次的强化吸附去除水中的污染物。 本研究综述了高铁酸盐实际应用的现状。

1、高铁酸盐的制备方法

01 湿式氧化法

湿式氧化法是利用次氯酸盐在高浓度NaOH条件下氧化铁盐生成高铁酸钠。 由于高铁酸钠的溶解度较高，在溶液中添加KOH可以析出高铁酸钾晶体。 该方法制备的高铁酸钾虽然纯度较高，但制备工艺相对复杂，收率较低。

02 电解

电解法是一种电化学氧化法。 该方法以简单的铁或铁化合物为电极，在一定浓度的NaOH溶液中采用电氧化法生产高铁酸盐。 温度对其氧化效率有一定影响。 如果温度变化，高铁酸盐的分解速度也会相应变化。 为了解决这个问题，有研究人员采用Pt或B掺杂材料作为阳极，并使用熔融碱作为相应的电解质，减少了制备过程中温度的影响。

03 高温氧化法

高温氧化法也称为干氧化法。 该方法将氧化铁和硝酸钾混合，然后加热至1100℃并煅烧，生成高铁酸钾。 但该方法得到的高铁酸钾纯度很低，产品中铁含量较低。 价态不唯一，易吸水，不适合制备高纯度的高铁酸盐。

2、高铁酸盐用于去除单一重金属

01 高铁酸盐除铅研究

铅是一种有毒元素。 如果体内铅含量过高，就会引起铅中毒。 高铁酸盐去除铅主要依靠反应生成的Fe(OH)3的吸附，而在碱性条件下，铅会以络合状态存在，最终形成Pb(OH)2沉淀，从而将其从其中去除。水。 何文丽等. 研究了用高铁酸钾处理的模拟高浓度含铅矿井水中的铅。 结果表明，铅的去除率随着pH值的变化而变化。 当pH值在8～10范围内时，铅去除率达到95%。 效果不错。 袁志华等. 采用高铁酸钾处理模拟重金属废水。 研究表明pH是影响模拟水样中铅去除率的重要因素。 不同pH条件下去除率不同。 但在一定的投加量下，高速铁钾酸可以使水中的铅达到国家排放标准。 如上所述，高铁酸钾对模拟含铅废水具有良好的去除效果。 但面对成分复杂、污染物浓度不同的实际水体，其具体去除效果和机理还需要深入研究。

02 高铁酸盐除铬研究

Cr(VI)是一种致癌物质，毒性较大，难以去除，并具有生物放大作用。 它对人体健康危害极大。 印染、化工、金属冶炼等企业排放大量含铬废水。 Cr(VI)的去除依赖于高铁酸钾的反应生成具有良好吸附性能的Fe(III)。 同时Cr(VI)也是强氧化剂，能与还原性物质发生强烈反应，生成Cr(III)，然后将生成的Cr(OH)3沉淀从水中除去。 崔建国等. 用高铁酸钾处理微污染水中的Cr(VI)。 研究表明，当氧化和絮凝工段的pH值和时间在一定值时，在相应的条件下，Cr(VI)的去除率可达84.41%。 事实证明，高铁酸钾可以有效去除水中的Cr(VI)。

03 高铁酸盐去除准金属砷的研究

砷在自然界中分布广泛，具有生物毒性，常被称为准金属。 砷化合物一般分为有机砷和无机砷，其中无机砷有剧毒。 研究表明，生物体中砷的价态可以相互转化； 砷在水体中主要以亚砷酸根离子和砷酸根离子的形式存在。 在一定条件下，砷酸会转化为砷酸。 除砷方法一般有化学沉淀、铁氧化、膜​​法等，主要是通过反应形成不溶性砷沉淀，或通过高铁酸钾反应形成Fe(Ⅲ)进行吸附和絮凝，最后通过固液分离和移除。 水中As(Ⅲ)的存在形式并不单一，Fe(Ⅵ)还原过程中还存在Fe(Ⅴ)、Fe(IV)等中间产物。 因此，FeO42-对As(Ⅲ)的氧化可能更为复杂。 。 范先生等人。 以-和-为例并提出了两种可能的反应。 反应方程式如式(1)至(2)所示。

总反应如式(3)所示。

Y.李等人。 分析了pH=7时Fe(Ⅵ)、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的主要存在形态，探讨了Fe(Ⅵ)氧化As(Ⅲ)的机理。 结果表明，高铁酸盐中As(Ⅲ)的氧化过程实际上是氧原子的转移机制。 由于氧原子的转移，As(Ⅲ)最终被氧化为As(Ⅴ)，Fe(Ⅵ)被还原为Fe(Ⅲ)。

Fe(VI) 可以通过单一电子转移过程氧化底物，产生 Fe(V) 和自由基。 然而，这种自由基的产生只能在 Fe(VI) 与有机分子（如苯酚、苯胺）的反应中观察到。 Y.李等人。 提出了As(III)被Fe(Ⅵ)氧化的双电子转移过程也得到了实验数据的验证，以及Fe(Ⅵ)氧化其他无机含氧阴离子(SO32-、SeO32-)的研究） 持续的。 其中，双电子转移过程中包含的氧从FeO42-到SO32-的转移也可以通过同位素18O示踪实验来证明。 然而，目前还缺乏实验数据来验证Fe(VI)氧化As(III)是通过氧转移实现双电子转移的理论。 孙玉林对废水中As(Ⅴ)处理的研究表明，当pH为2.0~3.0时，As(Ⅴ)去除率可达98.0%。 蒋国民对高浓度含砷废水进行了深度处理研究。 结果表明，在一定的工艺条件下，经高铁酸盐处理后的砷出水浓度可达到国家标准。

3、高铁酸盐去除各种复杂重金属

01 高铁酸盐同时去除多种重金属

废水中的重金属离子主要由化工、冶炼等企业排入水体。 不同企业排放的重金属种类、含量和形态也不同。 当待处理废水同时含有两种或两种以上重金属离子时，是否影响高铁酸盐的去除效果也是一个值得探讨的问题。 M. Lim 等人。 使用高铁酸钾同时去除河水中的重金属（铜、锰和锌）。 结果表明，高铁酸钾对重金属的氧化絮凝效果非常显着，且去除效率与pH有关。 总体温度对高铁酸盐和重金属之间的反应没有影响。 王迎新等人有效治理砷铅复合污染。 当投加量为24 mg/L时，砷和铅的去除率分别达到99.30%和100%。 当溶液pH小于7时，同时去除砷。 、铅效果较好。 但与个体污染相比，砷和铅在低剂量时存在明显的竞争关系，且剂量并不总是越大越好，这可能与吸附能力有关。 B.兰等人。 采用高铁酸钾治理砷、锑复合污染。 As(III)和Sb(III)被氧化，然后通过Fe(VI)的还原产物从溶液中吸附分离。 结果表明，双溶质溶液中两种元素的吸附率显着高于单溶质溶液，证明砷和锑之间存在协同效应。

02 高铁酸盐去除重金属络合物

由于大量工业废水排放到水环境中，产生重金属复合污染物。 这种复杂污染物的成分极其复杂。 水体中一般存在游离重金属、络合重金属和有机络合物。 有研究利用Fe(Ⅵ)处理该混合体系，也取得了较为理想的效果。

L. Sailo 等人。 使用高铁酸盐 (VI) 处理被金属 (II) 络合物 [即 Cu(II)-NTA、Cu(II)-EDTA 和 Cd(II)-EDTA] 污染的废水，建议在高铁酸盐存在下(VI)、酸性条件有利于金属(II)络合物的降解/矿化，通过提高pH至12.0可以同时有效去除游离铜或镉。 同样，水中的金属亚氨基二乙酸配合物如Cu(Ⅱ)-IDA、Zn(Ⅱ)-IDA、Cd(Ⅱ)-IDA和Ni(Ⅱ)-IDA也可以首先通过降低pH来增加Fe。 (Ⅵ)对于M(Ⅱ)-IDA的解络率，当总有机碳(TOC)显着降低并获得游离金属离子时，在pH=12.0下使用经Fe(Ⅵ)处理的样品。 (VI)的氧化进一步去除水中的金属离子。 SM李等人。 在 CN-Cu、CN-Ni 或 CN-Cu-Ni 的混合/复合体系中使用高铁酸盐 (VI) 氧化氰化物并同时去除铜或镍。 结果表明，对于CN-Cu和CN-Ni体系，CN在pH=10.0时可以被快速有效地氧化，而铜在pH=13.0时几乎被完全去除。 在 CN-Cu-Ni 体系中也可以观察到类似的结果。 结果表明，通过 Fe(VI) 处理实现了 CN 和 Cu 的降解，并且 Ni 被部分去除。

4、高铁酸盐用于其他污染物的处理

目前，富营养化问题也极为严重。 通过大量研究发现，磷是造成大多数水体富营养化的关键因素。 目前单纯依靠生物除磷很难满足要求。 因此，采用化学方法辅助除磷势在必行。 利用高铁酸盐除磷是利用其高氧化性，将含磷化合物氧化，形成不溶性磷酸盐沉淀。 反应过程中会生成一些复杂的中间络合物产物，起到吸附和结网的作用。 ，形成沉淀物并因此被除去。 吴晓荣通过研究得出最佳除磷工艺条件。 采用高铁酸钾与聚合硫酸铁组合，在相应工艺条件下，除磷率可达80%左右，达到国家城镇污水排放标准A类标准。

高铁酸钾对于去除有机物、抗生素和有毒物质也非常有效。 张静等人的研究表明，高铁酸盐和亚硫酸盐结合会提高反应活性，快速去除有机物。 Feng比较了吩嗪硫酸甲酯(PMS)与单独使用Fe(VI)的抗生素去除效果，也比较了两者不同比例混合的抗生素去除效果，发现两者的协同效果更好。 VK 等人的研究。 表明高铁酸盐对含氮、含硫污染物、抗生素、有毒物质和重金属的去除效果显着。 SN Malik 等人的研究成果。 表明单独使用高铁酸盐处理色度、COD、有毒物质效果不明显。 而高铁酸盐和硫酸亚铁按一定比例混合，可以提高对色度、COD、有毒物质的处理效果。 去除率分别为96.5%、83%和75%。

还有研究证明高铁酸盐还可用于优化水处理工艺。 C.吴等人。 提出500 mg/L可有效氧化分解污泥，提高污泥脱水性能和污泥可生化性。 E.等人。 当细菌100%灭活时，使用低浓度和高浓度的Fe(VI)来净化二级处理后的废水。 结果表明，生物处理废水中TOC和高铁酸钾可以降低。 氧化有机物的机理得到了进一步的探索。 在一定条件下，Ag+的存在可以促进反应过程中·OH的生成，进一步强化高铁酸钾氧化有机物的作用。 它还具有对芳香族化合物邻氯苯酚的处理速度。 具有速度快、处理率高的优点，通过合理利用反应过程中不同价态Fe的化学性质，可以大大提高污水处理厂的处理效率。 综上所述，高铁酸盐这种具有独特性能的处理剂将会有更好的发展前景，具有较高的高效性和实用价值。

5 结论

高铁酸盐在污水深度处理中的应用研究远不止上述。 重金属污染问题日益严重，其后果也极其严重。 高铁酸盐的独特优点是氧化性强、混凝效果好。 在高铁酸盐降解污染物的过程中，Fe(VI)通过单电子和双电子转移机制最终被还原为Fe(III)或Fe(II)。 反应过程中，中间价态也会产生络合物，络合物产生吸附、电中和、净捕获等积极作用。 其具体反应机理与污染物本身的化学特性有关。 高铁酸盐的处理效果与溶液的pH值密不可分。 因此，在使用高铁酸盐处理污染物时，pH控制也至关重要。

高铁酸盐在废水深度处理中具有较高的实际应用价值。 但在实际生产和制备过程中也存在不少问题。 例如，其稳定性和高成本限制了大规模制备和应用。 然而，随着高铁酸盐合成方法的不断优化和成熟，这已经不能成为阻碍其广泛应用的因素。 虽然利用高铁酸盐处理水中的重金属还处于实验室研究阶段，但这种方法近年来得到了广泛的认可和关注。 随着对多种污染物的处理条件和降解机理研究的不断深入和不断完善，高效的应用价值将很快得到体现。 （来源：工业水处理）