改性颗粒天然菱铁矿吸附剂制备及其除氟性能研究

发布时间：2020-05-12 13:30

【摘要】：众所周知，氟是人体健康不可缺少的元素，但过量的摄入氟能导致氟中毒。在众多除氟技术中，吸附法一直被广泛关注。虽然有些吸附剂具有良好的除氟性能，但它们主要作为粉末状存在，大大限制了在实践中的应用。为了克服这些缺点，，本论文研究一种以天然菱铁矿为骨架的新型颗粒状除氟吸附剂。本文研制了硫酸铝和铝溶胶联合改性天然菱铁矿（AMNS）。通过批实验，探讨了初始氟浓度、接触时间、共存阴离子和温度等因素对AMNS除氟性能的影响。AMNS的除氟容量是未改性天然菱铁矿的7.5倍，吸附过程符合伪二级速率方程。AMNS吸附氟是自发吸热反应。HCO3-或PO43-对氟吸附有明显的负面作用，而Cl-、SO42-和NO3-对氟吸附无显著抑制作用。通过优化天然菱铁矿、硫酸铝和铝溶胶的混合比、灼烧温度和时间，进一步优化吸附剂的除氟性能，得到最优除氟吸附剂（OMNS）。溶液pH值在3.5-10.0之间对氟去除率没有明显影响。动力学结果表明，氟离子吸附遵循二级动力学方程。外扩散和内扩散同时促进了氟的吸附。柱实验表明，在进水氟浓度和流量较高的情况下，吸附柱的除氟容量较低。通过X射线衍射研究表明，氟离子吸附主要是由于改性材料中赤铁矿和γ-氧化铝的形成。此外，研制了硫酸铝、膨润土和可溶性淀粉联合改性天然菱铁矿（ABS-NS），并表征了其除氟性能。溶液pH值在5-7之间时，保持比较高的除氟容量。吸附过程符合二级动力学模型，内扩散不是控制吸附速率的决定性因素。热力学数据表明，氟的吸附是自发吸热反应。阴离子在溶液中与氟离子共存时,对ABS-NS吸附氟的影响程度依次为PO43- HCO3- SO42- Cl- NO3-；As(V)、Ca2+和Mg2+的存在，对氟离子的吸附起促进作用。选取昌平小汤山苗圃高氟地下水为原水，利用灼烧-浸泡方法改性天然菱铁矿（CS-NS）进行中试除氟试验。结果表明，调节进水pH能显著提升CS-NS除氟容量。单柱运行，调节进水pH，合格出水量是未调节进水pH时的6.5倍；双柱串联运行，调节进水pH，处理的合格水量是两柱串联未调节进水pH时的6.7倍。吸附柱再生三次后，吸附柱仍有较高的除氟性能。
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X523

【参考文献】