天然材料改性與吸附水中氟的性能研究.pdf

1、飲用水氟含量過高引起的地方性氟病長期困擾我國部分貧困邊遠(yuǎn)地區(qū)人們的生活。由于這些地區(qū)的地形等環(huán)境因素,天然氟化物容易在人們的飲用水源中積累,同時這些山區(qū)的經(jīng)濟(jì)條件不發(fā)達(dá),集中式飲用水管網(wǎng)不能覆蓋,人們的飲用水問題長期得不到根本解決。分散式飲用水處理是解決這一問題的有效可行的方法,其中吸附法由于其高效廉價,對硬件設(shè)備等要求不高,受到人們廣泛關(guān)注,也是目前研究得最多的高氟飲用水處理方法之一。本文基于高氟飲用水的地區(qū)特點(diǎn),制備了低成本,高效用

2、,能適應(yīng)其飲用水源水質(zhì)特征,對人體無害的吸附劑。本文分別研究了殼聚糖改性鈦水合物,硫酸鋁改性沸石,硫酸鈦改性沸石等改性天然復(fù)合材料吸附劑的除氟性能。結(jié)果表明:
　　(1)本研究采用的非線性方法擬合Langmuir、Freundlich、Redlich-Peterson吸附等溫式,對天然礦物累托石吸附氟離子過程的描述更接近,等溫線擬合相關(guān)系數(shù)R2接近1。
　　(2)殼聚糖改性鈦水合物,硫酸鋁改性沸石,硫酸鈦改性沸石等改性天然復(fù)

3、合材料吸附劑在具有弱堿性特征的高氟飲用水中的除氟性能優(yōu)異,出水水質(zhì)符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
　　(3)制備了一種廉價高效的吸附劑殼聚糖改性鈦水合物(Ti-CHI),采用Ti-CHI用來去除水溶液中的氟離子。對吸附劑進(jìn)行了紅外光譜(FTIR)、帶能譜功能掃描電鏡(SEM)、X射線衍射、X射線光電子能譜(XPS)以及Zeta電動電位分析表征。吸附研究表明Ti-CHI對氟離子的吸附過程符合二級動力學(xué)模型和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型。Ti-CHI能夠有效

4、去除低濃度含氟廢水,當(dāng)初始氟濃度為4.52mg/L時,去除率可達(dá)到87.5％,溶液中剩余氟離子濃度為0.55mg/L,符合中國飲用水對氟的最高濃度(1.0mg/L)限制。改性吸附劑在pH值從4到9的范圍內(nèi)均可保持穩(wěn)定的吸附性能。結(jié)合pH對吸附的影響、紅外表征以及電動電位分析可知,-NH2和Ti-OH官能團(tuán)是與氟離子發(fā)生配位反應(yīng)的主要作用官能團(tuán)。此外,溶液中存在的碳酸鹽離子對吸附過程起抑制作用。采用Langmuir,Freundlich和

5、Langmuir-Freundlich三種模型進(jìn)行吸附等溫線模擬,結(jié)果表明,Ti-CHI對氟離子的吸附過程符合Langmuir和Langmuir-Freundlich兩種模型,且最大吸附量為16.12mg/g。熱力學(xué)研究表明Ti-CHI對氟離子的吸附是吸熱的自發(fā)反應(yīng)過程。
　　(4)分別采用硫酸鋁和硫酸鈦改性沸石,制備了兩種吸附材料硫酸鋁改性沸石(Al-Z)和硫酸鈦改性沸石(Ti-Z),并用于飲用水的脫氟研究。未改性的沸石對氟離子

6、幾乎沒有吸附作用,改性后的Al-Z和Ti-Z明顯提高對氟離子的吸附能力。Al-Z吸附氟離子的最佳pH為6-9,最大吸附量為22.20mg/g,而Ti-Z在最佳pH3條件下的最大吸附量為6.12mg/g。NO3-存在對吸附反應(yīng)無明顯影響,而CO32-和PO43-存在不利于吸附進(jìn)行。三種離子對吸附過程的影響大小順序?yàn)?PO43-＞ CO32-＞NO3-。Al-Z和Ti-Z吸附F-的過程能被準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合Freundlic