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《中国海洋大学》 2004年
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膨润土系列除氟剂的制备及其除氟性能研究

马玉新  
【摘要】:氟是人体必需的微量元素之一,适量的氟是维持骨骼和牙齿发育必不可少的,但长期饮用高氟水会导致氟斑牙和氟骨症,严重者甚至会导致骨骼变形、疼痛、关节僵硬、筋腱钙化、行走困难、以至于瘫痪。目前,我国仍有几千万人饮用高氟水,高氟水严重威胁着人体健康。为了探索经济有效的除氟方法和正艺,本文对钙基膨润土除氟性能进行了研究,首次发现膨润土对含氟溶液的吸附可分为两个部分,分析了膨润土对氟的吸附规律,并对其改性,制备了一系列膨润土除氟剂。 通过批、柱吸附实验,系统地研究了膨润土系列除氟剂的除氟性能及实际应用的可行性,取得的主要结论包括: (1) 膨润土及其改性除氟剂产品的吸附等温线方程均符合Fleundlich吸附等温线模型。 (2) 低浓度的氟溶液中,钙基膨润土加入一定量盐酸溶液对氟离子的吸附主要是由于离子交换。在高浓度氟溶液中,对氟离子的吸附主要是由于膨润土中的Ca~(2+)和溶液中的Na~+发生交换。生成CaF_2沉淀或者以反离子的形成进入双电层得以去除。 (3) 天然膨润土的吸附容量较低,用量大。可以通过硫酸和盐酸改性,也可以通过氧氯化锆溶液改性,改性后的膨润土除氟能力显著提高。但是,膨润土及其改性的产物在实际应用过程中存在操作运行条件差,处理后混合液体固液分离困难,柱吸附时容易溶涨,渗透性差等缺陷,限制了其实际应用。 (4) 通过实验优选聚乙烯醇作为造粒的粘结剂,实现了膨润土产品的颗粒化。所制备的颗粒土在水中稳定性好,其中锆负载颗粒土可应用于废水除氟,颗粒酸性膨润土可适用于饮用水和废水的除氟,并可以通过1%硫酸铝钾溶液再生,具有较好的应用前景。 (5) 两种颗粒膨润土产品都对氟离子有良好的吸附能力,再生 PreParation ofbentonitedefluoridatorsandthestudyoftheirdefluoridat一onProPerties 后的颗粒酸性膨润土显示出愈用愈好的趋势。 (6)颗粒酸性膨润土在处理饮用水时,运行效果较好,出水除 pH外,其余指标均符合饮用水水质标准,并且对水中的其他有害离 子也有一定的吸附能力。 (7)颗粒酸性膨润土的吸附容量约为活性氧化铝和骨炭的吸附 容量的1/6一1/5,约为沸石吸附容量的3倍。再生后的颗粒酸性膨润土 要比原颗粒酸性膨润土效果好。错负载膨润土约为颗粒酸性膨润土除 氟性能的四倍左右。颗粒酸性膨润土的成本略低于活性氧化铝和沸 石,高于骨炭,但在一个周期内颗粒酸性膨润土和沸石所消耗的再生 剂的费用比骨炭和活性氧化铝低,骨炭的再生费用最高。由于颗粒酸 性膨润土一次性投资和运行费用较低,运行效果较好,因此可作为一 种经济有效的除氟剂用于饮用水的处理。
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