活性炭负载铝吸附去除水中氟离子的研究

发布时间：2018-12-29 14:22

【摘要】：氟是人体内非常重要的微量元素之一，氟化物以氟离子的形式广泛地分布于自然界之中。氟是牙齿及骨骼不可缺少的成分，少量的氟可以起到促进、加强牙齿珐琅质对细菌酸性腐蚀的抵抗力的作用，能够很好的防止龋齿，坚固骨骼。但是对于氟过多的吸收对动植物和人类产生的危害，已远远超过了氟的不足对人体健康的影响，摄入量过多会导致“氟中毒”，，即氟骨病、氟斑牙。严重者甚至会导致急性氟中毒，造成心脏或呼吸系统功能衰竭而死亡。在中国有很多地区的地下水甚至是饮用水的氟含量都是超标的,特别是在北方的广大较为落后的地区的高氟水污染，对人畜造成的危害十分严重。吸附法除氟应用最为广泛，其效率较高、出水稳定、工艺流程简单操作方便、经济实惠等优点。吸附剂性能是影响吸附过程的一个关键因素，研究经济、高效的吸附剂成为人们不断追求的目标。本文针对传统氧化铝吸附去除氟存在的吸附容量不够高、比重大的问题，结合活性炭高比表面积、发达孔隙结构、质轻等特点，将活性炭浸渍在氯化铝溶液中，干燥、煅烧制得载铝活性炭作为本次研究的吸附剂。通过批实验研究了载铝活性炭吸附去除水中氟离子的动力学规律、等温吸附特征，考察了初始pH、负载条件、共存离子以及操作条件等对氟离子吸附影响的特点和规律，并结合X射线光电子能谱对表面元素的分析，孔结构分析对吸附过程机理进行了探讨。主要得到以下结论： ①制备载铝活性炭的最佳条件是：预处理硝酸浓度为1%，铝离子浓度0.3mol/L，煅烧温度为300℃； ②载铝活性炭基于Al_2O_3的吸附容量比活性Al_2O_3吸附容量高的多，通过活性炭负载铝吸附去除水中氟离子，铝的潜力得到了更大的发挥；在平衡浓度1mg/L时，对于载铝活性炭，Freundlich等温吸附模型拟合结果显示：单位当量氧化铝的氟离子吸附容量是单一活性Al_2O_3吸附容量的40多倍； ③载铝活性炭对氟离子的吸附遵循二级反应动力学模型dC/dt=-k(C-Ce)2，吸附速率正比于体系氟离子浓度与平衡浓度之差的平方，在初始负离子浓度为5-20mg.L~(-1)时，反应速率常数为0.1095-0.2555L/(h.mg)~(-1)。等温吸附服从Langmuir模型，饱和吸附容量与负载铝量之间存在较好的线性关系； ④溶液过低或过高的pH对载铝活性炭吸附水中氟离子都有不利影响，载铝活性炭饱和吸附容量达到最大值时的pH=8；相比于Freundlich模型，pH对吸附过程的影响更适合用Langmuir等温吸附模型进行描述； ⑤共存离子对载铝活性炭的氟离子吸附有着一定的影响，盐浓度增加其吸附性能降低，但降低的幅度越来越小；离子强度对载铝活性炭的氟离子吸附影响不是很突出，静电力在吸附过程中发挥的作用较为有限； ⑥载Al活性炭吸附剂表面丰富的化学组成，使不同条件下可能发挥作用的因素更为丰富。表面Al形态的非单一性，可能对F吸附起着重要影响。
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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU991.266

【参考文献】