化学改性勃姆石(γ-AlOOH)用于水相除氟研究

摘要

氟作为人体必需的微量元素，对人体健康有重要作用。适量的氟对人体的骨骼发育有积极的作用，但是当饮用水中的氟离子浓度超出了国家标准，就会对人体产生不利影响，轻者会患氟斑牙，严重者会引起骨骼变形、行动困难，甚至瘫痪。饮用水是人体摄入氟的主要来源，世界上许多国家正面临饮用水中氟超标的困扰。我国含氟地下水主要分布在西北、东北、华北和黄淮平原等地区。氟污染问题亟需解决，因此寻求经济高效的除氟材料，具有深远的意义。
　　本文分别采用硫酸铁、二氧化锰、氢氧化钠、硫酸改性法对勃姆石进行化学改性。实验结果表明，未改性勃姆石对水体中氟的吸附量为1.83mg/g，硫酸铁改性勃姆石的吸附量为4.68mg/g，二氧化锰改性勃姆石的吸附量为6.14mg/g，氢氧化钠改性勃姆石的吸附量为1.12mg/g，硫酸改性勃姆石的吸附量为9.25mg/g，勃姆石经硫酸、硫酸铁、二氧化锰改性后，其对水体中氟的吸附量都有较大提高，尤其是经过硫酸改性后，其对氟的吸附量约为未改性前的5倍。进一步探究了硫酸改性勃姆石的最佳改性条件，研究了硫酸浓度、改性时间、硫酸用量对改性效果的影响。结果表明，硫酸溶液的最佳浓度为0.02mol/L，改性浸泡时间为3h，最佳改性条件:用100mL，0.02mol/L的硫酸溶液浸泡未改性勃姆石2g，浸泡3h，然后抽滤洗涤，在105℃的烘箱中烘干2h，密封保存。此改性方法条件温和，简单易操作，具有较好的实际应用价值。
　　研究了硫酸改性勃姆石对水体中氟的吸附性能，探讨干扰离子、吸附时间对吸附量的影响。实验结果表明干扰离子HCO3-对吸附量的影响最大，S042-次之，Cl-对吸附量最小;吸附前40min，吸附过程基本达到平衡;吸附过程符合Langmuir单分子层吸附和拟二级速率方程。
　　采用四种方法再生，分别是氢氧化钠再生法，硫酸再生法，氢氧化钠-硫酸连续再生法和硫酸-氢氧化钠连续再生法。结果表明，四种方法对吸附饱和的改性勃姆石的解吸率较低，用硫酸溶液活化后，吸附量可以恢复。吸附剂循环再生利用三次，吸附量没有明显下降。对硫酸改性勃姆石进行表征，包括比表面积，XRD，热分析，SEM，FTIR。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 氟的理化性质及用途

1．1．1 氟化物的理化性质

1．1．2 氟化物的用途

1．2 氟的分布及对人体的影响

1．2．1 氟的分布

1．2．2 氟对人体的影响

1．3 除氟方法

1．3．1 沉淀法

1．3．2 电渗析法

1．3．3 离子交换法

1．3．4 反渗透法

1．3．5 吸附法

1．4 改性活性氧化铝除氟法

1．4．1 氢氧化钠改性法

1．4．2 铝盐改性法

1．4．3 铁盐改性法

1．4．4 二氧化锰改性法

1．4．5 钙、镁涂层改性法

1．4．6 氧化铜、氧化铁改性活性氧化铝

1．4．7 其它改性方法

1．5 研究目的和意义

1．6 研究内容

2 勃姆石的化学改性

2．1 实验所用仪器和试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 实验方法

2．2．1 硫酸铁改性勃姆石

2．2．2 二氧化锰改性勃姆石

2．2．3 氢氧化钠改性勃姆石

2．2．4 硫酸改性勃姆石

2．2．5 不同种类酸改性勃姆石

2．2．6 静态吸附实验

2．2．7 氟离子浓度测试方法

2．3 实验结果

2．3．1 未改性勃姆石静态吸附

2．3．2 硫酸铁改性勃姆石静态吸附

2．3．3 二氧化锰改性勃姆石静态吸附

2．3．4 氢氧化钠改性勃姆石静态吸附

2．3．5 硫酸改性勃姆石静态吸附

2．3．6 不同酸溶液改性勃姆石

2．4 本章小结

3 硫酸改性勃姆石除氟性能及再生评价

3．1 实验方法

3．1．1 干扰离子对吸附量的影响

3．1．2 吸附等温线研究

3．1．3 吸附动力学研究

3．1．4 饱和吸附剂的制备

3．1．5 氢氧化钠再生法

3．1．6 硫酸再生法

3．1．7 碱-酸连续再生法

3．1．8 酸-碱连续再生法

3．1．9 解吸率的计算

3．2 实验结果

3．2．1 干扰离子对吸附过程的影响

3．2．2 吸附等温线

3．2．3 吸附动力学

3．2．4 再生方法的评价

3．3 本章小结

4 硫酸改性勃姆石的表征

4．1 吸附剂的红外表征

4．2 吸附剂的XRD表征

4．3 吸附剂的热分析

4．4 吸附剂的SEM表征

4．5 吸附剂的BET表征

4．6 本章小结

5 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果