竹炭及改性吸附材料除氟研究.pdf

1、氟是人體必需的微量元素之一，適量的氟維持骨骼和牙齒發(fā)育必不可少，但長期飲用高氟水會導致氟斑牙和氟骨癥，嚴重者甚至會導致骨骼變形、疼痛、關節(jié)僵硬、筋腿鈣化、行走困難、以至于癱瘓。目前，我國仍有幾千萬人飲用高氟水，高氟水嚴重威脅著人體健康。為了探索經濟有效的除氟方法和工藝，本文首次對竹炭及其改性材料的除氟性能進行了研究。通過吸附實驗，系統(tǒng)研究了未改性竹炭的除氟效果，竹炭的改性工藝及其機理，改性竹炭的除氟效果及機理和熱力學行為分析。

2、 首先對五種不同產地的未改性竹炭進行了吸附F實驗，發(fā)現在水浴恒溫振蕩箱振蕩速度100rpm、溫度30℃、固液比0.03、反應1.5h、處理初始氟濃度10mg/L的溶液時，浙江富來森竹炭的除氟效果最好，去除率達到47.9％。各類竹炭直接除氟工藝優(yōu)化對比后發(fā)現，pH值是影響竹炭直接除氟的重要因素，當pH為弱酸性時的處理效果明顯優(yōu)于pH值為中性時的效果；隨著固液比的升高，去除率升高；各類竹炭的吸附平衡時間不同，浙江富來森竹炭反應60min時基

3、本上趨于平衡；氟的初始濃度與竹炭的單位吸附量呈直線關系。 為了提高竹炭的除氟率，分別采用Fe2(SO4)3溶液和Al2(SO4)3溶液對浙江富來森竹炭進行改性，控制Fe2(SO4)3濃度為5g/L，Fe2(SO4)3/竹炭為0.083，攪拌時間7h，改性劑pH值為2.34，可得到最佳改性竹炭，氟的去除率達到91.6％，與未改性的竹炭相比去除率提高了43.7％。采用Al2(SO4)3溶液對竹炭進行改性，控制Al2(SO4)3溶液

4、濃度為5g/L，Al2(SO4)3/竹炭為0.083，攪拌時間10h，改性劑pH值為3.5可獲得最佳效果，改性竹炭除氟率達到93.8％。能譜分析結果表明采用Fe2(SO4)3溶液改性后竹炭的鐵含量上升至1.97％，采用Al2(SO4)3溶液改性后竹炭的鋁含量上升至5.7％。紅外光譜表明竹炭所含的官能團-C-O鍵和-O-H吸收峰強度和峰的位置發(fā)生了變化，這說明采用Fe2(SO4)3溶液和Al2(SO4)3溶液對竹炭改性發(fā)生的是化學吸附。

5、 研究中考察了氟離子起始濃度、pH、固液比、吸附時間、反應溫度等因素對Fe2(SO4)3改性竹炭吸附F-的影響。確定工藝參數為：氟離子濃度為10mg/L的廢水，固液比為3:100，pH值為4，此時去除率達到91.8％。針對重要的影響因素，設計了三因素三水平的正交實驗，并對實驗結果進行了極差分析。從Fe2(SO4)3改性竹炭吸附F-前后的紅外光譜對比圖可看出吸附前后竹炭的紅外光譜圖變化較大，說明該反應為化學吸附。 研究中

6、也考察了影響Al2(SO4)3改性竹炭吸附氟離子的因素，其中pH值是最為關鍵的因素，當pH值從4增加至6時，氟離子去除率從68.5％上升到了93.3％；氟離子的去除率隨著固液比的增加而上升，起始濃度與吸附容量基本成直線關系；升溫有利于吸附，當吸附時間為60min時反應達到平衡。從Al2(SO4)3改性竹炭吸附F前后的紅外光譜圖可看出吸附后主要生成了AlF63-、AlF3、AlF2+或AlF2+等。 最后，建立了改性竹炭對氟離子