改性除氟吸附剂的制备及其除氟机理研究

摘要

氟是人体必需的微量元素之一，但氟摄入过量会影响人体健康。目前国内外含氟水处理方法主要包括: 吸附法、沉淀法、电凝聚法、离子交换法、反渗透法、液膜法和共蒸馏法等，其中饮用水除氟主要以化学沉淀法、混凝沉淀法和吸附法为主。
　　 众所周知，氧化镁（MgO）是一种对氟有着较高吸附能力的吸附材料。为了克服MgO在达到最高吸氟容量时耗时过长的局限性，（在实际应用中容易流失、不易回收等局限性），本研究利用Pullulan多糖来对MgO进行改性，得到吸氟容量高、反应时间短的MgO/Pullulan(MgOP)混合物。实验证明，该混合物的去氟效果优于单独使用MgO和Pullulan多糖。本文通过一系列实验研究得到制备MgOP混合物时MgO与Pullulan最佳配比为2：3，最佳煅烧温度为450℃。利用批量平衡实验对MgO和MgOP在水溶液中的去氟效果进行的研究结果表明：MgOP可以在较短时间内达到吸附平衡，并保持较高的吸附量；当吸附达到平衡时，MgOP混合物对氟离子的吸附量达到4537mg/kg，而MgOP此时对氟离子的吸附量仅为457mg/kg；MgOP对于溶液pH的适应范围为2～12；实验还通过环境扫描电镜及能谱分析、X射线衍射及傅里叶红外光谱等方法对人工合成的MgOP混合物进行了物理化学性质的表征。将得到的平衡数据进行热力学模型和动力学模型的拟合，得出了其拟合程度较高的热力学和动力学模型分别为Langmuir等温吸附热力学模型、二级反应动力学模型以及粒子内扩散动力学模型。热力学参数ΔG0、ΔH0和ΔS0显示MgOP对氟离子的吸附作用是自发的吸热过程。
　　 总而言之，本研究合成的MgOP混合物是一种吸附效率较高，对环境适应性较好的氟吸附材料，具有良好的应用前景。