高氟水源的两种除氟方法研究

摘要

氟离子（F-）广泛存在于水，大气和土壤中，微量的氟是人和动植物不可缺少的微量元素，但过量氟会对人体造成危害。现有高氟水源的除氟方法仍有欠缺，对分散高氟水源的除氟方法的探究尤为重要，本实验探究了水植物净化法和改性热解炭吸附法对氟的去除效果。
　　 水生植物净化法去除高氟水源中的氟离子实验考察了五种沉水植物金鱼藻，黑藻，眼子菜，狐尾藻和伊乐藻对F-的生物富集和氟离子对这五种沉水植物的生长速率的影响。并选取黑藻作为代表，考察了氟离子对黑藻体内生长指标的影响和氟离子胁迫下黑藻体内的过氧化损伤和抗氧化能力。实验结果如下:
　　 (1)金鱼藻，黑藻，眼子菜，狐尾藻和伊乐藻对氟离子均具有一定的去除作用，在5-20mgF-/L营养液中，金鱼藻具有最好的F-去除效果，伊乐藻的去除效果最差。
　　 (2)氟离子处理下，五种沉水植物中金鱼藻的RGR最大，黑藻次之。随着氟离子处理浓度的增加，黑藻体内叶绿素含量降低;黑藻植物体内可溶性蛋白质的含量随水溶液中氟离子浓度的升高及处理时间的增加而降低;氟离子浓度越高，黑藻可溶性糖的含量就越低，随着处理时间的增加，各种氟离子溶液中的黑藻体内可溶性糖含量也随之增加;黑藻蔗糖含量随氟离子处理浓度和时间的增加而下降;黑藻果糖含量随培养时间的增加而下降;黑藻淀粉含量随氟离子处理浓度和时间的增加而越低。
　　 (3)随着氟离子处理浓度的增加，黑藻过氧化物歧化酶(SOD)活性逐渐增加;但过高的氟离子处理浓度会使SOD活性处于抑制状态。随着氟离子处理浓度的增加，黑藻过氧化物酶活性随之增加;氟离子的毒害作用会使还原型谷胱甘肽(GSH)含量增加，但是过量的氟离子使GSH增加受阻;黑藻抗坏血酸含量随氟离子处理浓度的增加而增加。
　　 改性热解炭吸附法除氟法采用磷酸-微波法对樟子松锯末热解炭进行改性，改性樟子松锯末热解炭(MMSC)被用来净化水中的F-。对MSC和MMSC以及吸附氟离子饱和后的MMSC进行表征，得到F-(—)MMSC系统的除氟包含化学和物理过程。研究内容包括:MMSC的最佳活化条件;以MMSC作为净化剂，研究了在单一体系中对F-的静态吸附和动态吸附，并对吸附数据进行相应模型拟合;MMSC对F-吸附的热力学分析和MMSC的再生方法;MMSC与其他吸附剂吸附氟离子能力的比较。
　　 实验结果表明:
　　 (1)由MSC制取MMSC的最佳改性条件为:用25％的磷酸浸泡MSC24h，固液浸渍比为1∶4，在630W微波辐射条件下辐射3min，真空抽滤，用蒸馏水冲洗MMSC至冲洗液pH为7，50℃下烘干至恒重。
　　 (2)MMSC对F-沉淀物静态吸附行为进行分析发现Freundlich模型最适合描述等温吸附过程，二级动力学对动力学吸附数据拟合度最好。动态吸附（柱吸附）数据拟合结果表明，Yan模型更好地描述柱吸附过程。
　　 (3)在改性的过程中，MMSC反应形成大量Ca10(PO4)6(OH)2，在F-水溶液中，OH-和F-属于同一晶格，可以相互取代，并且Ca10(PO4)6(OH)2较大的自由表面也可以吸附F-。化学过程中生成的沉聚物粒径远远大于F-，从而易于吸附在MMSC的表面而被除去。MMSC的表面积远远大于MSC也是改性后热解炭吸附氟离子量增加的重要原因。
　　 (4)系统的热力学参数表明F-(—)MMSC吸附过程是自发的，吸热的。
　　 (5)MMSC与其它材料吸附氟离子效能的比较和再生实验的研究说明MMSC可以作为从水溶液F-的理想材料。
　　 以实验数据和过程为理论依据，把水生植物设计应用于人工湿地的表流，把樟子松树锯末热解炭用生物材料包裹应用于人工湿地的表流和潜流，从而达到去除高氟地区水源中氟含量的目的。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 高氟水源分散处理及其发展概况

1．1．1 高氟水源的分布

1．1．2 高氟水源的处理状况

1．2 水生植物净化法除氟的研究现状

1．3 改性生物质热解炭吸附法的研究现状

1．4 课题研究目的和研究思路

第二章 水生植物净化法对高氟水源的除氟探究

2．1 实验方法

2．1．1 实验器材和试剂

2．1．2 氟离子测定方法

2．1．3 Hoagland’s营养液的配置

2．1．4 光照培养箱的程序设计

2．1．5 植物体内氟离子测定方法

2．1．6 水生植物体相对生长率

2．2 实验设计

2．2．1 氟高富集水生植物的筛选

2．2．2 水生植物除氟效果探究

2．2．3 氟离子对沉水植物生长的影响

2．2．4 氟离子对黑藻过氧化损伤和黑藻体内抗氧化能力的探究

2．2．5 实验数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 五种水生植物对高氟水源中氟离子去除效果比较

2．3．2 实验前后各植物体内氟含量的变化

2．3．3 氟离子对水生植物生长的影响

2．3．4 氟离子胁迫下黑藻的过氧化损伤和抗氧化能力

2．3 小结

第三章 改性热解炭吸附法对高氟水源的除氟探究

3．1 实验方法

3．1．1 实验器材和试剂

3．1．2 氟离子测定方法

3．2 实验设计

3．2．1 MSC的预处理和改性酸的探究

3．2．2 MMSC的改性条件探究

3．2．3 pH对MMSC吸附氟离子效果的影响

3．2．4 表征实验

3．2．5 单一体系静态实验

3．2．6 动态吸附(柱吸附)实验

3．2．7 模型误差分析

3．2．8 等温吸附、动力学吸附和柱吸附模型方程

2．2．9 MMSC对氟离子的热力学分析

3．2．10 解析和再生实验

3．2．11 多种吸附剂吸附氟离子实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 改性酸的确定

3．3．2 用磷酸进行改性时改性条件的确定

3．3．3 高氟水源pH对吸附效果的影响

3．3．4 对MSC，MMSC和吸附氟离子饱和后MMSC的表征

3．3．5 静态吸附及其模型误差分析

3．3．6 动态吸附(柱吸附)及其模型误差分析

3．3．7 MMSC吸附氟离子的热力学分析

3．3．8 改性热解炭的解析和再生

3．3．9 多种吸附剂对氟离子吸附能力的比较

3．4 小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 两种方法应用的可行性比较

4．4 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士期间发表论文