氟元素与人体健康密切相关,长期摄入过量的氟会导致氟斑牙和氟骨病。饮水通常是人类摄入氟的主要来源,尤其是在地下水或地表水氟化物含量超标的地区。吸附法由于效率高、操作方便、设计简单和成本效益高等优点,被广泛研究并应用于高氟水处理。吸附材料的性能在吸附处理中起到关键作用,因此,开发一种坚固高效、环境适用范围广泛、易固液分离、对氟离子选择性高的吸附剂十分必要。本研究首先根据天然火山岩的除氟率筛选出#5天然火山岩,并对#5天然火山岩的除氟性能和机理进行了探究;然后,以#5天然火山岩为基本骨架,通过添加膨润土、玉米淀粉、硫酸铝,制备了火山岩基多孔陶粒吸附材料;运用单纯形质心设计,以陶粒的氟去除率和陶粒强度为响应,研究了陶粒的各成分对响应的影响作用,并且优化了各成分配比;最后,利用批试验方法并结合表征手段,探讨了多孔陶粒的吸附除氟性能和除氟机理。研究表明,#5天然火山岩对水中氟吸附去除的最佳pH为3.0,1 h达到吸附平衡;随着初始氟浓度的增大,#5天然火山岩对氟的吸附量几乎呈线性增加。#5天然火山岩吸附氟的过程符合伪二级动力学和Freundlich吸附等温模型。硫酸铝的添加对陶粒吸附除氟起到重要作用,淀粉对陶粒吸附除氟起到的积极作用,但淀粉比例的增加会降低陶粒的机械强度。陶粒的最佳配比分别为:火山岩0.40、膨润土0.36、玉米淀粉0.14、硫酸铝0.10。火山岩基多孔陶粒表面粗糙多孔,BET表面积为24.22 m²/g;中孔体积为主,且主要为呈开放状态的无规则孔。X射线衍射分析结果显示,陶粒主要含有辉石、赤铁矿、石英、Al₂O₃等晶体。多孔陶粒对溶液pH适应范围较广,在pH=4.0¹1.0范围内对溶液中氟离子有较高的去除率。除高浓度碳酸氢根离子外,陶粒除氟几乎不受其他共存阴离子影响。陶粒吸附除氟过程也符合伪二级动力学和Freundlich吸附等温模型。本研究成功开发出高效、对溶液pH不敏感、高选择性的多孔陶粒除氟剂,在地下水高氟水处理中具有应用潜力。