文章信息

第一作者：于彩悦

通讯作者：欧阳磊

通讯单位：中国地质大学（武汉） 材料与化学学院

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.132660

研究背景

矿物开采和金属冶炼等行业会产生大量高砷废水，采用化学沉淀法、混凝法处理含砷废水会产生大量有害残渣，存在二次污染的风险。而砷资源回收不仅可以减轻砷污染，还有利于砷的资源循环利用。目前，含砷危废经火法、湿法处理后多以As₂O₃或砷酸盐的形式实现回收，但其用途有限且利用率不高。砷单质（As(0)）是一种具有重要工业价值的原材料，在光电子、5G通信和军事应用等领域应用广泛。因此，将废水中的无机砷还原为砷单质不仅能显著降低其环境风险，同时还能提高产品的附加值。基于上述思路，本课题组提出了紫外驱动的碘化物-亚硫酸盐光还原工艺，将废水中的砷还原为有价值的元素砷，并结合浊点萃取加以回收，成功地应用于实际工业废水中砷的还原中。

该成果以“Resource utilization of arsenic into As(0) by iodide/sulfite boosted photo-reduction and cloud point extraction”为题发表在Separation and Purification Technology上，第一作者为三年级硕士生于彩悦，通讯作者为欧阳磊副教授。

图文摘要

图文导读

图1 （a，b）As（V）和As（III）在三种体系中的还原效率对比。（c，d）UV/亚硫酸盐/碘化物体系中亚硫酸盐的剂量优化。（e，f）UV/亚硫酸盐/碘化物体系中碘的剂量优化。

图2 （a）浊点萃取示意图。（b-d）TX-114萃取As（0）的剂量、分离温度和时间优化。

对UV/亚硫酸盐、UV/碘化物及UV/亚硫酸盐/碘化物三种不同体系的还原效果进行了对比（图1a, b），证明二者之间存在着某种协同作用；同时对UV/碘化物/亚硫酸盐体系和浊点萃取的相关参数进行了优化（图1、2）。结合回收产物的表征分析结果可知，在优化条件下，70分钟内10 mg/L的As(III)和As(V)可完全还原As(0)，使用TX-114作为萃取剂（0.1 %）可回收95%以上的As(0)，其纯度超过96%（图3）。

图3 （a、b）As（V）和As（III）还原过程中形成的As（0）的SEM图像。（c，d）As（0）的EDS分析。（e，f）As（0）的高分辨率XPS光谱。

   通过中间产物分析（图4）与活性物种鉴别（图5）可知：碘化物和亚硫酸盐的光电离产生的强还原性水合电子e_aq⁻主导As（V）和As（III）的还原。二者之间存在着协同效应：亚硫酸盐迅速将形成的活性碘物种（RIS）还原回碘化物，减少了RIS对e_aq⁻的消耗，同时促进了I⁻的循环，有利于e_aq⁻的稳定生成。

图4 反应过程中As、S和I的形态分析。（a） As（III）还原过程中As物种的浓度。（b） As（V）还原过程中As物种的浓度。（c） As（III）还原过程中S物种的浓度。（d） As（III）还原过程中I物种的浓度。

图5 NO₂^-和NO₃^-对UV/亚硫酸盐/碘化物体系去除（a）As（V）和（b）As（III）的抑制作用。添加（c）TEMPO和（d）DMPO的UV/亚硫酸盐/碘化物体系的EPR光谱。

图6 （a)实际含砷废水中砷的还原效率。（b） 不同砷还原系统的成本比较。

通过探究干扰因素的影响发现，该体系具有较宽的pH适用范围（pH 4∼10）、且共存离子和溶解氧的干扰很小。该方法在对复杂基质的实际含砷废水具有较强的适用性（图6a），且和现有报道的工艺相比处理成本相对较低（图6b）。

因此，所提出的方法在除砷和资源回收领域显示出一定的应用潜力.