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氟是人体骨骼和牙齿的必要组成元素,人类饮用高氟水会影响人体健康、导致疾病。世界各地的水体氟化物污染越来越严重。如何高效、节能、环保地处理氟污染的水体是全球面临急需解决的环境问题。本文研究以氯化铁或者硫酸亚铁和氧化石墨为原材料合成复合纳米材料α-FeOOH负载还原石墨烯(α-FeOOH@rGO)和β-FeOOH负载氧化石墨烯(β-FeOOH@GO)作为吸附剂应用在饮用水去除氟中。本文通过批量吸附实验研究这两种吸附剂及除氟性能,影响因素包括pH值、初始浓度、反应接触时间、温度、共存离子(SO42-, Cl-, NO3-, HCO3-,SiO32-,PO43-,HA)和重复利用实验。动力学研究结果表明,准二级动力学模型更适合描述氟化物的吸附动力学,主要进行化学吸附,吸附过程中能快速去除饮用水中的氟。热力学研究结果表明,α-FeOOH@rGO和β-FeOOH@GO在氟离子的吸附过程中符合Langmuir等温式模型,呈现化学吸附的特性,对氟有高度亲和力,α-FeOOH@rGO和β-FeOOH@GO最大氟吸附容量分别是24.67 mg/g、17.67 mg/g。吉布斯自由能、焓、熵的研究结果表明氟离子从溶液中吸附到吸附剂表面,α-FeOOH@rGO吸附氟离子反应过程不是熵推动自发进行的吸热过程,β-FeOOH@GO吸附氟离子反应过程是熵推动自发进行的放热过程。pH的研究结果表明,pH值对α-FeOOH@rGO吸附氟几乎无影响,只当pH>12.13,去除率降低10%。当pH>9.94时,β-FeOOH@GO去除氟有影响,在酸性和中性条件下无影响。吸附剂在中性和酸性环境里,形成带正电荷的表面,通过静电吸引吸附氟离子。当pH增大到碱性时,形成带负电荷的表面,排斥氟离子引起吸附能力下降。共存离子对吸附影响研究结果表明,α-FeOOH@rGO和β-FeOOH@GO具有着很好的抗干扰性。共存离子对α-FeOOH@rGO和{-FeOOH@GO除氟效果无明显影响,只有高浓度的HC03-和HA会引起少量的去除氟量降低。连续六次酸洗脱和碱洗脱循环实验研究结果表明,第一次吸附后,吸附剂表面多处位点被氟化,随着吸附实验的继续,吸附剂表面可利用的位点逐渐减少,吸附剂的吸附量相应减少。洗脱中酸洗脱效果比碱洗脱更好。XRD分析显示铁氧化物特征峰明显,表明制备的材料晶型好、纯度高,与α-FeOOH或β-FeOOH特征峰完全一样。SEM和TEM表明颗粒均匀的分散在石墨烯片层上。通过FTIR和XPS分析表明吸附机理是离子交换过程,氟离子的吸附主要是通过与α-FeOOH@rGO表面的硫酸根离子或β-FeOOH@GO表面的氯离子交换实现的。