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氟是人体必需的微量元素,如果摄入量太少,易导致蛀牙,但是如果摄入量超越了日常需求值,则会引发地氟病。HA由于其复杂的孔结构和表面化学性质,具有较强的吸附能力,HA的吸氟效率较大,重生容易且不污染环境,是令人满意的饮用水吸氟剂。本课题采用沉淀法获得羟基磷灰石(HA),通过改变合成温度、钙磷比、陈化时间等制备条件,合成了粉体除氟剂,同时采用FTIR、SEM、XRD、TEM、BET、差热等进行结构分析和性能表征。结果表明:(1)随温度的升高,HA吸氟效率和吸氟容量逐渐降低。(2)随陈化时间从12h增长到32h,HA除氟能力不断增强。(3)Ca/P比为1.40的缺钙型和Ca/P比为2.0缺磷型HA除氟能力下降,正常Ca/P比(1.67)HA的除氟能力更好。(4)掺杂CO32-制备出的粉体较纯HA有更高的除氟效率和更大的吸附容量。同时为改善粉体HA的工业应用缺点,采用造孔剂法把粉状HA制备成多孔的球形颗粒除氟剂,并研究造孔剂的种类、用量和热处理工艺等除氟效果的影响。结论如下:(1)不同种类的造孔剂制备出的多孔陶瓷球颗粒尺寸均匀,碳粉制备出的多孔陶瓷不仅除氟效率最高,而且强度最好。(2)随造孔剂碳粉含量的增多,吸氟能力越来越强,但是力学性能差。含30%碳粉的多孔陶瓷颗粒不仅除氟效率高,而且强度达到7.4N/mm2,满足使用要求。(3)三种不同球径固体颗粒都具有较好的强度,HA多孔陶瓷颗粒球径越小,吸附能力越强。(4)随热处理温度上升,颗粒球的除氟能力下降。1000°C热处理样品不仅强度好,而且有较好的除氟能力。(5)随保温时间的延长,多孔陶瓷球的抗压强度增加,孔隙率先下降后上升,保温时间90min即可获得较好的除氟陶瓷球颗粒。探讨外界条件对除氟剂除氟能力的影响,并进行热力学和动力学分析。研究结果表明:(1)HA固含量增多,除氟率变高,除氟容量下降。(2)温度升高,HA除氟能力逐渐增强,但是太高温度会出现解吸附。(3)过大的氟初始浓度,会造成残留的氟浓度高,超过饮用水规范。(4)延长吸附时间可提高除氟率。(5)强酸强碱环境都不利于吸氟,在弱酸(p H=5)条件,HA除氟效率最高,吸附容量也最大。(6)可以采用粉体HA和球形颗粒HA吸氟剂配合使用来处理含氟水质。先用粉体的HA把5mg/L降低到2mg/L以下,再用球形颗粒HA吸氟剂进行二次吸氟,使其残留氟浓度<1.0mg/L。(7)HA陶瓷球的吸附与Langmuir模型符合度更佳,说明HA陶瓷球的除氟作用为单分子层吸氟,化学吸氟起到主要的作用。(8)吸附F-的热力学参数表明:ΔG0<0,说明吸附过程是自发发生的;ΔH0>0,说明除氟是吸热过程;ΔS0>0,表明F-在HA表面去除时有序程度变小,杂乱度增加。(9)动力学模型中,拟二级动力学拟合参数最优,说明球形颗粒吸氟剂除F-主要是化学反应吸附影响。