天然材料改性與吸附水中氟的性能研究.pdf

1、飲用水氟含量過高引起的地方性氟病長期困擾我國部分貧困邊遠地區(qū)人們的生活。由于這些地區(qū)的地形等環(huán)境因素,天然氟化物容易在人們的飲用水源中積累,同時這些山區(qū)的經(jīng)濟條件不發(fā)達,集中式飲用水管網(wǎng)不能覆蓋,人們的飲用水問題長期得不到根本解決。分散式飲用水處理是解決這一問題的有效可行的方法,其中吸附法由于其高效廉價,對硬件設備等要求不高,受到人們廣泛關注,也是目前研究得最多的高氟飲用水處理方法之一。本文基于高氟飲用水的地區(qū)特點,制備了低成本,高效用

2、,能適應其飲用水源水質(zhì)特征,對人體無害的吸附劑。本文分別研究了殼聚糖改性鈦水合物,硫酸鋁改性沸石,硫酸鈦改性沸石等改性天然復合材料吸附劑的除氟性能。結果表明:
　　(1)本研究采用的非線性方法擬合Langmuir、Freundlich、Redlich-Peterson吸附等溫式,對天然礦物累托石吸附氟離子過程的描述更接近,等溫線擬合相關系數(shù)R2接近1。
　　(2)殼聚糖改性鈦水合物,硫酸鋁改性沸石,硫酸鈦改性沸石等改性天然復

3、合材料吸附劑在具有弱堿性特征的高氟飲用水中的除氟性能優(yōu)異,出水水質(zhì)符合國家飲用水標準。
　　(3)制備了一種廉價高效的吸附劑殼聚糖改性鈦水合物(Ti-CHI),采用Ti-CHI用來去除水溶液中的氟離子。對吸附劑進行了紅外光譜(FTIR)、帶能譜功能掃描電鏡(SEM)、X射線衍射、X射線光電子能譜(XPS)以及Zeta電動電位分析表征。吸附研究表明Ti-CHI對氟離子的吸附過程符合二級動力學模型和顆粒內(nèi)擴散模型。Ti-CHI能夠有效

4、去除低濃度含氟廢水,當初始氟濃度為4.52mg/L時,去除率可達到87.5％,溶液中剩余氟離子濃度為0.55mg/L,符合中國飲用水對氟的最高濃度(1.0mg/L)限制。改性吸附劑在pH值從4到9的范圍內(nèi)均可保持穩(wěn)定的吸附性能。結合pH對吸附的影響、紅外表征以及電動電位分析可知,-NH2和Ti-OH官能團是與氟離子發(fā)生配位反應的主要作用官能團。此外,溶液中存在的碳酸鹽離子對吸附過程起抑制作用。采用Langmuir,Freundlich和

5、Langmuir-Freundlich三種模型進行吸附等溫線模擬,結果表明,Ti-CHI對氟離子的吸附過程符合Langmuir和Langmuir-Freundlich兩種模型,且最大吸附量為16.12mg/g。熱力學研究表明Ti-CHI對氟離子的吸附是吸熱的自發(fā)反應過程。
　　(4)分別采用硫酸鋁和硫酸鈦改性沸石,制備了兩種吸附材料硫酸鋁改性沸石(Al-Z)和硫酸鈦改性沸石(Ti-Z),并用于飲用水的脫氟研究。未改性的沸石對氟離子

6、幾乎沒有吸附作用,改性后的Al-Z和Ti-Z明顯提高對氟離子的吸附能力。Al-Z吸附氟離子的最佳pH為6-9,最大吸附量為22.20mg/g,而Ti-Z在最佳pH3條件下的最大吸附量為6.12mg/g。NO3-存在對吸附反應無明顯影響,而CO32-和PO43-存在不利于吸附進行。三種離子對吸附過程的影響大小順序為:PO43-＞ CO32-＞NO3-。Al-Z和Ti-Z吸附F-的過程能被準二級動力學模型擬合。實驗數(shù)據(jù)符合Freundlic