酸性矿山废水污泥改性生物炭同步去除锑(III/V)和砷(III)的机制与吸附行为研究

推荐：本研究针对锑矿废水强酸性(pH 2-4)导致锑(Sb)/砷(As)共迁移的难题，创新性利用酸性矿山废水(AMD)污泥中铁矿物(针铁矿/水铁矿等)改性松针生物炭(SPNB2)，在800℃和2:1配比下获得最大吸附量(Qe)147.92 mg/g(Sb(V))，通过表面络合/氧化还原等多机制实现酸性环境中Sb/As协同固定，为"以废治污"提供新策略。

　　

锑(Sb)作为重要的战略矿产资源，在阻燃剂、蓄电池等领域应用广泛，但其开采过程产生的酸性矿山废水(AMD)pH低至2-4，不仅大幅提升Sb的生物有效性，还导致砷(As)等重金属的协同释放。传统中和沉淀法存在效率低、污泥处置难等瓶颈，而常规吸附剂如活性炭等又面临吸附容量不足、功能单一等问题。面对这一环境治理难题，贵州大学的研究人员独辟蹊径，将AMD污泥中的铁矿物(针铁矿、水铁矿等)作为天然铁源，与松针共热解制备出新型pH响应型改性生物炭SPNB₂，相关成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究团队采用多尺度表征结合动力学建模技术，通过优化热解温度(300-800℃)和原料配比(AMD污泥/松针1:1至3:1)，筛选出最佳制备参数；利用批量吸附实验考察pH(2-11)、共存离子(Cl^-/NO₃^-/SO₄^2-)等环境因子影响；结合XPS、FTIR等技术解析吸附机制；通过土柱淋溶实验评估实际修复效果。

制备优化显示800℃热解、2:1配比的SPNB₂性能最优，其Sb(III)和Sb(V)吸附量分别达47.54 mg/g和147.92 mg/g，较原始生物炭提升10倍以上。吸附行为研究表明该过程符合自发、吸热的多层化学吸附模型，在pH 2-3的强酸性条件下保持稳定，且抗Cl^-/NO₃^-干扰能力突出(150 mg/L时去除率>90%)。协同吸附实验揭示As(III)-Sb(III/V)存在协同固定效应，组合Q_e值提升至184.61 mg/g。机制解析表明铁氢氧化物表面络合为主导作用，辅以氢键、Sb(III)氧化为Sb(V)、π-π相互作用等多机制协同。实际应用证实4%添加量即可将土壤中易迁移态Sb转化为残渣态，淋溶风险降低76%。

该研究创新性实现了"以废治污"的双重目标：一方面将AMD污泥转化为高值吸附材料，另一方面解决了酸性环境中Sb/As协同去除的技术难题。SPNB₂的pH响应特性使其特别适用于典型矿山废水(pH 2-4)处理，而铁矿物与生物炭的协同作用为开发多功能复合材料提供了新思路。研究不仅为重金属污染治理提供了经济高效的解决方案，更推动了固体废物资源化利用的可持续发展。