镧改性废弃动物骨粉复合材料对地下水中F~-的去除及机理研究

发布时间：2020-09-24 17:02

　　地下水中的氟化物污染会导致某些疾病,过量摄取氟化物会引起牙齿和骨骼类疾病。世界卫生组织严格规定饮用水中所允许的最高氟含量为1.5mg/L。由于简易性和选择性,吸附法已被认为是一种较有前景的除氟技术。但是,目前世界范围内地下水中氟污染问题的严重性导致对高效吸附剂的需求迫切增加。镧是一种广泛使用的对氟具有高亲和力的稀土金属之一。同时,废弃骨料垃圾的任意填埋会对环境造成严重的污染。为了实现骨头废物回收利用并提高其除氟效率,本研究合成了一种镧改性废弃动物骨粉(LBW)复合材料并进行了批实验研究以期实现地下水中氟离子的高效去除。主要结论如下:(1)通过SEM、BET、XRD、FTIR和XPS等检测方法对LBW复合材料进行表征分析。SEM及BET测试发现镧改性废弃动物骨粉后会增加骨粉的多孔结构,增大其表面积。XRD测试证明了LBW复合材料中La_2O_3和La(OH)_3晶体的存在,并且微量的La就已经会对氟离子有较好的亲和力。FTIR光谱证明了LBW上有大量-OH官能团,这些官能团会与氟离子发生离子交换从而达到除氟的效果。O 1s和La 3d的高分辨XPS谱图显示,氟离子吸附后,羟基(-OH)含量减少,La 3d峰向高结合能侧移动。(2)LBW复合材料具有较高的零点电位,当pH=11.4时,其表面电位为零。当溶液初始pH值在2.5 10的范围时,LBW复合材料对溶液的pH值具有良好的缓冲性能;几种常见的共存含氧阴离子在0 100 mg/L范围内对F~ 去除几乎没有任何不利影响,复合材料LBW可进行再生后多次循环利用。(3)本研究中氟离子吸附反应是典型的化学吸附过程,该过程遵循PSO及F-L PSO动力学模型。FVER模型证明吸附剂在氟离子吸附初期具有较大的平衡表面覆盖度。等温线研究发现该反应更符合Langmuir等温吸附模型,表明LBW吸附剂去除氟离子的过程是结构均匀表面上的单层吸附反应。(4)本研究中氟离子被吸附的过程主要是通过LBW吸附剂表面带有的正电通过静电吸附作用和F~-与OH~-之间的离子交换作用实现的。本研究采用生活中的多孔含钙废弃动物骨料进行简单的预处理后作为载体,廉价易得,并且降低了生物质废料对环境造成的二次污染,实现了资源化的再利用。首次利用多价稀土金属镧进行负载改性,在保持镧较高表面活性的同时,提高了废弃动物骨粉的吸附量,复合材料具有协同效应,且富含羟基、羰基等官能团,使改性骨粉的吸附能力得到有效提升,为地下水中氟污染的实际工程应用提供一种有前景的方法。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.266
【部分图文】：

工艺流程图,工艺流程图,氟离子,标线

图 2-1 LBW 复合材料的制备工艺流程图2.1.4 检测方法本研究检测方法根据《水质氟离子的测定离子选择电极法》（GB7484-87）（中华人民共和国环境保护局，1987）。（1）标准曲线的测定本实验所有溶液除另有说明外，所用水均为去离子水。测定标准曲线所需溶液的配制如下：①盐酸（HCl）：1mol/L，分析纯；②总离子强度缓冲液（TISAB）：称取 58.8g 二水柠檬酸钠和 85g 硝酸钠，加水溶解，用盐酸调节 pH 至 5 6，转入 1000mL 容量瓶中，稀释至标线，摇匀；③氟离子标准储备溶液：称取 0.2210g 基准氟化钠（NaF）（预先于 105 110℃干燥 2h，或者于 500 650℃干燥约 40min，冷却），用水溶解后转入 1000mL 容量瓶中，稀释至标线，摇匀。贮存在聚乙烯瓶中。此溶液每毫升含氟离子 0.1mg；

曲线,曲线,烧杯,电极

离子水稀释定容至标线，摇匀，分别倒入 100mL 塑料烧杯中，每个烧杯中各入一个磁性搅拌子，按质量浓度由低到高的顺序，依次插入电极，连续搅拌溶，当电位（E）稳定时读取。在每一次测量之前，都需用去离子水冲洗电极用滤纸吸干。测定完后以平衡电位 E 为纵坐标，氟标液中的 F 浓度为横坐标， Origin 9.0 中绘制标准曲线，图 2-2 为 F 的标准曲线。

除氟性能,骨粉,煅烧温度

改性废弃动物骨粉制备过程中的影响因素研究煅烧温度对骨粉除氟性能的影响了检验废弃动物骨粉预处理时煅烧温度对吸附剂除氟效果的影初步预处理未煅烧骨粉作为参照，将不同煅烧温度条件下（其中 200℃、300℃、400℃、500℃）制得的骨粉按照 10g/L 的投加子浓度为 10mg/L 的溶液中进行吸附实验，在 pH=6 7 的条件下00rpm 的气浴恒温振荡箱中反应达吸附平衡后，测定溶液中剩余验结果如图 2-3 所示。

【参考文献】