铁基复合金属氧化物的制备及对水中氟的吸附研究

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水中氟化物的污染已经成为世界范围内显著的环境问题,在多种去除方法中吸附法具有成本低、操作方便、去除率高、吸附剂可重复使用等优点,是一种去除水中过量氟的实用方法。其中,由于复合金属氧化物具备较大的比表面积和大量的活性位点的特点,可以用于氟化物的固定,然而,目前大多数金属氧化物吸附剂采用稀有金属,使得吸附材料制备成本高,不适用于大规模吸附水中氟污染物。因此,通过制备价格低廉,绿色环保的铁基复合金属氧化物吸附剂可以实现对氟化物的高效吸附。(1)采用价格低廉的钛白副产物硫酸亚铁与氧化钙以共沉淀法制得片状前驱体Ca-Fe-SO4 LDH(CF),煅烧后合成复合金属氧化物Ca-Fe MMO(CCF)用于吸附水溶液中高浓度的氟化物。通过批量吸附实验分析了CCF对氟的吸附性能,且对氟的吸附过程符合Langmuir模型,吸附容量为160.66mg/g,拟二阶动力学模型与实际吸附过程更加相符。根据材料p Hzpc,FITR和XPS分析,络合作用和静电吸引是CCF吸附水中氟化物的主要吸附机理。另外,该吸附剂在p H值3-12范围内的吸附性能优异且稳定,具有较高的选择性,但是可再生性较差,因此,该吸附剂需在之后的实验中加以改善。(2)通过引入亲氟元素镁替代之前材料中的部分钙,以共沉淀法合成氟化物吸附剂前驱体,并经过煅烧获得吸附剂Ca-Mg-Fe MMO(CCMF)用于吸附水溶液中低浓度的氟化物,来改善材料的可再生性。CCMF对水中氟化物具有良好的吸附性能,吸附容量为18.11 mg/g。在吸附过程中,CCMF对氟化物的吸附遵循Freundlich模型与拟二阶动力学模型。批量吸附实验证明,CCMF对氟化物的选择性高,且在多次复用之后,能够对氟化物具有较好的脱除能力,在p H值3-11范围内均表现出优异的吸附性能。根据p Hzpc,FTIR和XPS分析,静电吸引和离子交换是CCMF吸附水中氟的主要吸附机理。然而,该材料存在吸附平衡时间长,吸附速率慢的问题需加以完善。(3)由于副产物硫酸亚铁里面含有少量硫酸锰,锰元素对氟化物具有较强的亲和力,为了提高吸附速率,实验中引入了化学性质与铁相似的锰。以共沉淀法制备吸附剂前驱体,煅烧后合成片状复合金属氧化物Ca-Mg-Mn MMO(CCMM)用于吸附水溶液中低浓度的氟化物。在吸附过程中,CCMM对氟化物的吸附遵循Freundlich模型与拟二阶动力学模型,吸附容量为14.26 mg/g。另外,通过批量吸附实验分析可知,该吸附剂在p H值3-11范围内的吸附性能优异且稳定,具有较高的选择性。重要的是,CCMM在经过多次再生后仍能保持初始吸附容量的63.66%。根据p Hzpc,FTIR和XPS分析,络合作用,离子交换与静电吸附是CCMM吸附水中低浓度氟化物的吸附机理。因此,吸附材料CCMM是一种有潜力的的吸附剂,可以实现对水中的氟化物的高效吸附。
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