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改性活性炭/纳米羟基氧化铝对水中氟离子的去除研究

马越  
【摘要】: 氟是人体维持生理活动不可缺少的微量元素之一,摄入适量的氟对预防龋齿有积极作用,但摄入量过多会导致“氟中毒”,严重影响人体健康。吸附法除氟具有出水稳定、工艺流程简单、经济实惠等优点。吸附除氟的关键是研制高效、廉价的吸附剂。本文通过两种途径研制开发新型除氟吸附剂:对原有吸附材料活性炭进行表面改性处理,负载锰氧化物以提高其吸附氟离子的性能;探索研究新型材料纳米羟基氧化铝的除氟性能。 试验结果表明二氧化锰可通过氧化还原反应以无定形的微小颗粒负载在活性炭表面。二氧化锰的负载改变了活性炭表面形貌,使其比表面及有所增加。这种改性有效地提高了活性炭的除氟能力,复合材料对氟离子的单位吸附量是原始活性炭的4-5倍。吸附过程可由伪二级动力学方程描述,表面扩散和孔扩散同时控制着吸附速率。吸附等温线符合Freundlich方程。二氧化锰/活性炭复合材料在偏酸性范围内对的氟离子有较高的去除率。 纳米羟基氧化铝对水溶液中的氟离子有较好的去除效果。在起初的30分钟氟离子的吸附是非常快的,然后在6小时后吸附达到平衡状态。对吸附动力学进行进一步研究,表明氟离子在纳米羟基氧化铝的吸附过程符合伪二级吸附动力学方程,说明该吸附主要是化学吸附。Langmuir等温线模型和试验平衡数据吻合较好。溶液的pH值是影响吸附的最重要的参数,达到最大吸附量的最适pH值在7左右。XPS解析证明纳米羟基氧化铝表面的羟基基团参与氟离子的吸附过程。其他共存离子如Cl~-和NO_3~-对氟离子的吸附过程的影响很小。当存在如SO_4~(2-)或是PO_4~(3-)共存离子时,氟离子去除率会显著降低。解吸实验表明在pH为13时氟离子可以很容易被解吸。


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