二元氧化物系統對於硒酸鹽與亞硒酸鹽之吸持作用

Abstract

硒是人體與動物體內必要的微量元素，但過量攝取則會危害人體。硒的來源大多來自地質經雨侵蝕流至水庫或地下水。有一部份硒來自於工廠排放的廢水，當工廠過度排放含硒廢水，會使水中的硒濃度達到危害人體濃度。吸持作用對於環境中的硒分佈有相當大的影響，因此討論吸持作用與硒的分佈以及去除微量污染物是有其必要性。自然環境中，鐵、鋁氧化物是相當普遍的化合物，無定形二氧化矽具有低零電點，高比表面積的特性，但單一元氧化物存於環境中的並不多，因此本研究以氧化鐵或氧化鋁與無定形二氧化矽 (SiO2(s)) 形成之二元氧化物來吸持水溶液中的硒酸鹽與亞硒酸鹽，進而討論硒酸鹽與亞硒酸鹽和不同二元氧化物之間吸附的關係。以 100 mL 10 g SiO2(s)/ L與 10 mL 0.5 M Fe(NO3)3或Al(NO3)3混合，將pH值調整為約5和8，定量至1 L，震盪合成24小時，形成本研究所使用的二元氧化物。鐵、矽二元氧化物系統在吸附硒酸鹽與亞硒酸鹽隨pH下降，而移除率上升，系統pH約5下合成之二元氧化物移除率最大 (Se(IV) 94.7%；Se(VI) 53.3%)；鋁、矽二元氧化物系統中，也是pH約5下合成移除率最大 (Se(IV) 81.7%；Se(VI) 71.4%)，在高pH值的環境中，OH-會與硒酸根與亞硒酸根競爭吸附位置，所以高pH值下吸附力會下降。等溫吸附實驗中Se(IV)與Se(VI) 鐵、矽二元氧化物系統的最大吸附量分別為20.4 mg g-1及2.4 mg g-1；鋁、矽二元氧化物系統的最大吸附量Se(IV) 32.7 mg g-1及Se(VI) 11.3 mg g-1。動力吸附實驗結果顯示硒酸鹽與亞硒酸鹽系統分別在15與60分鐘後達平衡。吸附硒酸鹽系統中，由於二氧化矽之低零電點影響，使得鐵、矽二元氧化物系統之表面電位較低，以致於吸附硒酸鹽的能力較純氧化鐵低；雖然鋁、矽二元氧化物系統之表面電位與純氧化鋁並無差異，但由於純氧化鋁的比表面積可提供較多可吸附硒酸鹽位置，所以吸附能力也是較鋁、矽二元氧化物系統大。在脫附實驗研究中，亞硒酸鹽與吸附材料會產生內層吸附，而脫附平衡時間需要較久；硒酸鹽與吸附劑是水合外層吸附，因此30分鐘內可達脫附平衡。