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《中国地质大学(北京)》 2012年
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煅烧MgAlFe-CO_3层状双氢氧化物除氟性能研究

王佳瑞  
【摘要】:氟是人体必需的微量元素之一,适量的氟能够预防龋齿,但长期饮用高氟水会导致氟斑牙和氟骨症。目前,除氟方法以吸附法最为普遍,但传统除氟剂吸附量普遍较低,因此迫切需要开发新型高效廉价的除氟吸附剂。层状双氢氧化物(LDHs)是一类层状阴离子粘土,其煅烧产物对有毒有害阴离子显示出良好的吸附潜能。 本文采用共沉淀法,在固定nMg:n(Al+Fe)为2的基础上,改变Al/Fe比例,制备一系列MgAlFe-CO3层状双氢氧化物(MAF LDHs),500℃下煅烧3h,制得其衍生复合氧化物即煅烧MgAlFe-CO3层状双氢氧化物(CMAF LDHs)。用XRD、SEM、ICP-OES、BET比表面等方法对其进行测试表征。研究了吸附剂用量、pH值、吸附时间、氟初始浓度、共存离子等因素对CMAF LDHs吸附去除溶液中氟离子的影响,研究了吸附动力学和吸附平衡特征,探讨了吸附机理,初步考察了吸附剂再生的情况。结果如下: (1)所制备的样品具有LDHs层状结构,实际组成接近原料配比。随着掺Fe量的增加,层间距略有增大;500℃煅烧后的样品层状结构消失。SEM观察发现晶粒直径在50nm左右,掺铁后的样品与未掺铁样品形貌上没有太大变化。煅烧后的LDHs,粒子团聚现象严重。掺铁后的LDHs MAF-2比表面积比未掺铁的LDHs MAF-0有所增加,煅烧后掺铁LDHsCMAF-2比表面积小于未掺铁的样品CMAF-0。 (2)CMAF LDHs对氟离子的优化吸附条件为:pH4~8,平衡时间4h,吸附剂用量0.5g·L-1。吸附过程符合拟二级反应动力学,内扩散模型结果表明反应过程分为两个阶段,第一阶段为表面吸附,第二阶段为颗粒内部吸附。吸附平衡数据能够用Langmuir等温吸附方程很好拟合。随着掺Fe量的增加,CMAF对氟离子的饱和吸附量先增加后减小,可能的原因是Fe的掺入增大层间距,有利于氟离子的吸附;而掺Fe过多,煅烧后的LDHs“记忆效应”减弱,不利于氟离子的吸附。当Al/Fe的摩尔比为2:1时,吸附效果最好,饱和吸附量可以达到71.94mg·L-1。 (3)共存离子对CMAF-2吸附氟离子的影响,从大到小的顺序为CO_32->PO_43->SO-42->NO-3-≥Cl-。采用离子交换煅烧方法再生3次,CMAF-2仍具有除氟性能,但随着再生次数的增加,CMAF-2对氟的吸附量逐渐减小。 (4)对吸附氟以后的CMAF进行测试表征,XRD分析表明CMAF吸附氟以后又部分恢复层状结构,SEM结果显示吸附氟以后的CMAF-0出现明显而且规则的片层状结构,而CMAF-2的片层状结构不规则。CMAF对氟离子的吸附主要是依靠“记忆效应”,即阴离子进入层间使其重现层状结构。Fe的掺入能够抑制Al的溶出,当Fe/Al摩尔比大于1:2时,几乎没有铝离子溶出,可以提高吸附剂的稳定性,用CMAF-2除氟不会造成二次污染。 作为一种新型高效除氟材料,CMAF在水体除氟过程中具有以下优势:制备简单、吸附容量大、易于固液分离,不会造成二次污染。
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