氧化镁/可溶性淀粉复合除氟剂的制备及其除氟机理研究

【摘要】：氟是人体必不可少的微量元素之一,它对维持人体正常生理活动起着重要作用。但氟摄入过量会引起氟中毒,主要表现为氟斑牙和氟骨症等。目前国内外含氟水处理方法主要包括:吸附法、混凝-沉淀法、离子交换法、膜分离工艺法、电渗析法和电凝聚法等,其中饮用水除氟以混凝-沉淀法和吸附法应用较为广泛。 目前已知,氧化镁(MgO)可作为除氟的吸附材料,并且有较高的吸附能力,但其固有的缺点使得其难以在实际工程中应用。为了获得具有更高除氟能力和更好实用性的吸附材料,本研究利用可溶性淀粉来对MgO进行改性,得到吸氟容量高的MgO/Soluble Starch(MgOS)复合吸附剂。实验证明,该复合吸附剂的去氟效果优于单独使用MgO和可溶性淀粉。本文通过一系列实验研究得到制备MgO/可溶性淀粉复合吸附剂的最佳条件:MgO与可溶性淀粉最佳配比为1:1,最佳煅烧时间和最佳煅烧温度分别为4h和400℃。同时,本文对活性MgO和MgO/可溶性淀粉复合吸附剂分别进行一系列去氟平行实验,得出两者在模拟含氟水溶液中的除氟效果。实验结果表明:MgO/可溶性淀粉复合吸附剂能够在50min内达到吸附平衡,平衡吸附量是2256mg/kg;当pH在2~12间变化时,MgO/可溶性淀粉复合吸附剂仍然保持着较高的吸附量。 实验研究了MgOS复合吸附剂的表征,分别使用环境扫描电镜(SEM)、X射线衍射扫描(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)等方法;并对该复合吸附剂对氟离子的吸附进行了吸附热力学和动力学研究,得出Langmuir等温吸附热力学模型与Freudlich等温吸附热力学模型相比更适合描述该复合吸附剂对氟离子的吸附过程;而二级反应动力学模型与一级反应动力学模型相比,更适合描述该吸附过程。由计算得出的Gibbs自由能变ΔG00、焓变ΔH0和熵变ΔS00可知MgOS对氟离子的吸附是一个自发的吸热过程。 因此,MgOS复合吸附剂具有较好环境适应性,且去氟能力较高,是一种应用前景良好的去氟材料。