响应曲面分析优化改性粉煤灰漂珠对水中氟的吸附性能及机理研究

摘要

为提升粉煤灰漂珠对水溶液中氟的吸附性能,以氧化钙为原料,采用煅烧法制备钙改性粉煤灰漂珠吸附材料. 通过响应曲面分析中的Box-Behnken设计吸附氟试验,探讨各吸附因数及其交互作用对吸附效果的影响,确定最佳吸附条件. 利用SEM(扫描电镜)、EDS(能量散射光谱)、XRD(X射线衍射)以及BET比表面积等手段对吸附材料进行表征,并结合吸附动力学、吸附等温试验探讨钙改性粉煤灰漂珠吸附剂的除氟机制. 结果表明:①初始ρ(F-)和吸附温度对改性粉煤灰漂珠吸附水中F-的去除率有显著影响,当pH为5. 0、初始ρ(F-)为125 mg∕L、吸附温度为40℃时,改性粉煤灰漂珠对水中F-的吸附效果最佳. ②动力学试验显示,改性粉煤灰漂珠对水中F-的吸附过程符合准二级动力学模型,说明该吸附过程主要以化学吸附为主;与Langmuir和Freundlich吸附等温模型相比,Temkin吸附等温模型更适合于描述该吸附平衡过程. ③SEM、EDS和BET比表面积分析显示,改性后的粉煤灰漂珠内部生成了具有不规则表面和多孔结构的含钙团簇物质,从而增加了BET比表面积,改善了孔隙结构. XRD分析显示,钙改性粉煤灰漂珠主要通过离子交换作用吸附去除水中的F-. 研究显示,以工业废物为原料制备的钙改性粉煤灰漂珠吸附剂的最大除氟率为93. 59%,是一种具有应用潜力的低成本吸附材料.