羟基磷灰石除氟的实验地球化学研究

摘要

饮用水中的氟污染物被认为是目前威胁人类健康的主要问题之一[1].根据世界卫生组织(WHO)规定,安全饮用水中的氟含量不能超过1.5mg/L[2].全世界有超过35个国家,超过2亿人口正面临饮水型氟中毒的威胁[3].氟中毒在中国也是一种流行严重的地方病,在四种主要的地方病中,地氟病分布最广,危害最大.rn 羟基磷灰石(HAP)在自然界中广泛分布，相比于其他吸附剂还有吸附量大，吸附效果好，环境友好等特点。前人对羟基磷灰石除氟也开展了一定的研究，但是由于实验条件的限制，大多数研究停留在吸附实验部分，关于羟基磷灰石除氟的反应机制还存在一些争论。本次研究通过控制反应时间、pH、初始氟离子浓度得到羟基磷灰石对F的最佳吸附条件，计算出理论的最大吸附量。同时运用扫描电镜(SEM)，高分辨率透射电镜（HR-TEM）以及F的固体核磁共振技术(19F NMR)以查明羟基磷灰石对F的吸附机制。rn 实验表明，所选用的羟基磷灰石在扫描电子显微镜下呈球状集合体，在高分辨率透射电子显微镜下呈现板状、柱状单晶形式存在。吸附实验表明，pH对羟基磷灰石除氟的影响较大，控制pH较低(>4)，反应24-48小时以上可以得到最佳的吸附效果，且理论的最佳吸附量为21.6mg/g。rn 通过19F NMR，HR-TEM以及EDX分析得出，在pH7，中等初始F-浓度(<100mM)条件下，羟基磷灰石对F的吸附机制以离子交换反应为主，即F-取代了羟基磷灰石的隧道-OH。当初始氟浓度增大到一定程度时(>100mM)，羟基磷灰石除氟的机制发生改变，并生成沉淀态CaF2。选区电子衍射分析呈现出清晰的电子衍射花样，表明新生成CaF2具有良好的晶形。