【摘 要】
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一些地区受到自然条件及人类社会活动的影响,地下水砷、氟严重超标,严重影响了生态安全和人类健康。传统的吸附法和膜分离法等处理方法受制于处理性能、应用形式及应用成本的限制影响了发展。因此,亟需发展高效、低成本的处理技术。本课题提出一种“吸附+过滤”的一体化动态膜技术,用于水体中砷、氟污染物的去除。首先通过水热均相共沉淀法合成制备了一种具有去除砷、氟能力的亲水性的羟基磷灰石吸附材料,并针对材料除氟能力弱
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一些地区受到自然条件及人类社会活动的影响,地下水砷、氟严重超标,严重影响了生态安全和人类健康。传统的吸附法和膜分离法等处理方法受制于处理性能、应用形式及应用成本的限制影响了发展。因此,亟需发展高效、低成本的处理技术。本课题提出一种“吸附+过滤”的一体化动态膜技术,用于水体中砷、氟污染物的去除。首先通过水热均相共沉淀法合成制备了一种具有去除砷、氟能力的亲水性的羟基磷灰石吸附材料,并针对材料除氟能力弱的问题改性合成Al-HAP,进一步探究了其吸附性能及吸附机理。然后将Al-HAP作为动态膜材料与超滤膜相结合,在超滤膜表面形成一层具有吸附过滤功能的动态层,制备出动态膜,并通过过滤实验对动态膜制备条件和过滤性能进行了初步探索。首先,通过水热均相共沉淀法制备出具有除砷、氟能力的HAP纳米材料,针对材料除氟性能弱的问题,对HAP进行改性,制备了吸附剂Al-HAP。分析探讨了吸附材料投量、初始p H、污染物初始浓度、吸附反应时间以及共存离子对Al-HAP材料吸附性能的影响。结果表明本研究制备的Al-HAP能够稳定、高效的去除水中氟离子,改性后吸附效率比HAP提高近30%,当氟离子初始浓度为200 mg/L时材料吸附容量达到56.44 mg/g。表征结果显示,改性后吸附剂主体仍是HAP,并没有改变官能团位置和结构。Al-HAP巨大的比表面积提供了更多的活性位点,表明Al-HAP适合作为吸附材料。Langmuir和准二级动力学模型都能够较为准确的描述Al-HAP对水体中氟的吸附行为,证明了其更趋近于单分子层吸附,对氟的吸附以化学吸附为主,热力学拟合结果显示该反应为自发的吸热反应。Al-HAP去除F-的主要作用机制为基于表面羟基的离子交换。其次,通过将Al-HAP与铝盐絮体相结合作为动态膜材料预涂在超滤膜的表面,形成动态膜系统,研究不同的制备条件因素对动态膜除氟、砷以及对过滤性能的影响,并利用响应面法优选了最佳制备条件。结果表明,Al-HAP动态膜具有极高的截留率和较大的膜通量,对氟离子的截留率可达96.97%,对亚砷酸盐截留率可达99.5%。预涂动态膜在不同负载量下形成的动态层具有不同的吸附和截留能力,当负载量为10 mg/cm~2时,动态膜系统具有较高的通量和污染物去除率。在氟离子浓度为5 mg/L,动态层Al-HAP负载量为50 mg/cm2,跨膜压差(TMP)在0.01 MPa情况下,Al-HAP动态膜除氟能力的阈值为100 L/m~2。本研究表明Al-HAP是一种适合制备动态膜的吸附材料,可以有效提高超滤膜对氟、砷的截留率,减缓膜表面污染,为采用大孔径滤膜去除离子半径较小的砷、氟提供技术支撑。
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