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不同改性树脂对饮用水中氟的去除研究

孔令冬  
【摘要】: 氟是广泛存在于自然界的微量元素,也是人体必须的微量元素之一。饮用水中的氟离子对于人类来说是一柄双刃剑:一方面氟是人体所需的微量元素之一,摄入适量的氟可有效的预防龋齿;而另一方面,氟是亲骨性元素,当摄入过量时,它会影响机体的钙、磷代谢,导致氟斑齿甚至氟骨症等不同程度的氟中毒。几乎所有的天然水中都含有氟离子,平均含量在0.01mg/L—1.50mg/L之间。根据世界卫生组织规定,饮用水中适宜的氟浓度为1.5mg/L。中国是世界上饮水型地方性氟中毒流行最广、危害最严重的国家之一。我国含氟地下水分布广泛,尤其是在东北、华北和西北地区,大约有7226万人饮用超标含氟水,因此,饮用水除氟势在必行。 离子交换树脂是一种在溶液中进行离子交换、带功能基团的树脂。利用离子交换树脂可以有效地除去水中的各种金属离子,用阳离子交换树脂除氟属于吸附法中比较新颖的一种方法。本研究将阳离子交换树脂改性为H型树脂、Al型树脂和La型树脂,进行除氟研究,结果表明:改性树脂较未改性树脂可显著提高对水中氟离子的去除效率。吸附时间、外界氟离子浓度、树脂量、pH值对于三种改性树脂的除氟效率都有影响,其中Al改性树脂除氟效果最好,其最佳除氟条件是:吸附时间为16h,吸附浓度为12mg/L,4mg树脂量最好,酸性条件吸附效果好。BET比表面积的测定和IR分析结果表明:Al改性树脂对氟离子的去除效率显著增加,不是由树脂表面孔结构的影响,而是树脂中R-SO_3发生变化。 壳聚糖是一种天然的生物高分子多聚糖,因其良好的生物相容性以及无毒无害等特点,在饮用水除氟中显示出了巨大的优越性。本文以壳聚糖为原料制备铁改性壳聚糖树脂,研究其对饮用水中氟离子的吸附性能,探讨饱和吸附时间、氟离子浓度、树脂容量、pH值以及其它离子等因素对吸附的影响。结果发现Al_(13)改性壳聚糖树脂和Fe改性壳聚糖树脂吸附容量大,受pH影响较小,再生简单,去除效果稳定,且Al_(13)改性壳聚糖树脂吸附效果比Fe改性壳聚糖树脂好。Al_(13)改性壳聚糖树脂和Fe改性壳聚糖树脂吸附水中氟离子的最佳时间都为12h,树脂容量为150μg/g,其对不同浓度的氟离子均有较好的去除率,保持在80%左右,其中pH值对去除率影响不大。饮用水中所含的PO_4~(3-)对两种改性壳聚糖树脂除氟效率影响未达到显著水平,可不予考虑,而溶液中SO_4~(2-)和Cl~-均会浓度显著影响改性树脂去除效率,影响随着外界离子浓度增大而增加。吸附后的壳聚糖树脂采用氨水作为再生液可反复使用多次,且再生效果较好。再生后的树脂除氟效率与原树脂相近。壳聚糖树脂是一种良好的氟离子吸附剂,其对于饮用水中氟离子的去除具有很高的研究和应用价值。


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