【摘 要】
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本研究在前期针对高氟废水处理已经获得一定成效的基础上,分别开展了电容法和吸附法处理低氟水研究。采用单因素实验、正交实验、再生实验、吸附动力学和吸附热力学相关模型研究各因素对电容除氟和吸附除氟实验效果的影响;并对电容材料及吸附材料进行改性实验研究,利用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积测试（BET）、红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射分析（XRD）等方法对改
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本研究在前期针对高氟废水处理已经获得一定成效的基础上,分别开展了电容法和吸附法处理低氟水研究。采用单因素实验、正交实验、再生实验、吸附动力学和吸附热力学相关模型研究各因素对电容除氟和吸附除氟实验效果的影响;并对电容材料及吸附材料进行改性实验研究,利用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积测试（BET）、红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射分析（XRD）等方法对改性材料进行微观表征,利用循环伏安测试和交流阻抗测试等方法对电极板进行性能表征。并在此基础上,开展了电容-吸附法组合工艺处理低氟水的实验探究。电容-吸附装置由多孔活性炭电极、直流稳压电源、恒温磁力搅拌器和聚乙烯烧杯组成。本研究主要成果如下:（1）基于电容法处理低氟水的实验结果:1)单因素实验中,当运行时间为12h,pH为4,实验温度为25℃,电压为3.0V,极板间距在1cm时,去除效果最好;正交实验中,影响氟离子去除效果的因素大小顺序为温度>极板间距>pH>电压;干扰离子中,当Cl-浓度在50mg/L时,对电容装置的除氟效果影响不大,随后增加Cl-浓度,对除氟效果起抑制作用,当SO42-浓度在50mg/L时,对电容装置除氟有非常明显的促进作用,提高SO42-浓度,则促进效果减弱;再生实验中,电极板经一次再生处理后,再生率为87.36%,第5次再生后,其再生率为85.06%。2)电极材料的表征结果中,从SEM图可以看出,经载钛处理后,活性炭表面增加了大量TiO2颗粒,从EDS的分析结果来看,载钛活性炭上钛元素的质量分数为10.28%;BET结果显示原始活性炭表面含有大量微孔与中孔,经载钛处理后微孔数量大幅减少,以中孔为主;红外图谱显示经硝酸改性后,活性炭在1200cm-1、1600cm-1、3400cm-1附近的峰减弱,钛改性后的活性炭,在指纹区也能观察到相关Ti键的伸缩振动;XRD图谱显示TiO2在活性炭表面主要以锐钛矿的晶型存在;循环伏安曲线显示载钛后的活性炭电极比电容明显比原始活性炭电极要大,原始活性炭电极比电容为49.77F/g,载钛活性炭电极比电容为64.29F/g,说明其电吸附容量也随之变大;交流阻抗测试显示原始电极板电阻约为2Ω,载钛后电极板电阻约为3Ω。3)改性实验中,通过对活性炭电极进行硝酸改性及硝酸-钛改性实验研究可知活性炭电极板在第12h处取得最大去除率为49.04%,硝酸改性活性炭电极板在第12h达到最大去除率,为53.46%,硝酸-钛改性活性炭电极板在第10h达到最大去除率为59.48%。（2）基于吸附法处理低氟水的实验结果:1)单因素实验中,当吸附时间为90min,pH为4、7,投加量为1.8g以上,温度设置在30℃时,氟离子的残余量最低;正交实验中,氟离子去除效果影响因素的大小顺序为投加量>温度>pH>时间;再生实验中,通过超声波法再生活性氧化铝,当超声时间控制在50min时,其再生效果最佳,再生率达85.44%,实验进行了5次再生,除第一次再生外,其再生率都在70%～75%范围内。2)吸附材料的表征结果中,SEM图中可以明显看出,经载钛处理后,氧化铝表面增加了大量TiO2颗粒,从EDS的分析结果来看,载钛氧化铝上钛元素的质量分数为11.91%;BET结果显示载钛前后氧化铝表面均含以中孔为主,从N2吸脱附曲线可以看出原始氧化铝其孔径宽度的尺寸分布较宽,载钛后氧化铝同时具有开放和阻塞的两种介孔结构;活性氧化铝经氧化还原改性后,FTIR中对应吸收度的波长位置相同,但其强度有所下降,经酸碱改性后的活性氧化铝,其在中红外区并不能观察到明显特征峰;载钛活性氧化铝的XRD图谱可以明显的看到TiO2晶体的出现。3)改性实验结果表明,当氧化剂硝酸浓度为1.5mol/L、还原剂氨水浓度为1.5mol/L、非氧化性酸硫酸浓度为1.25mol/L、氢氧化钠浓度为1.5mol/L时,对活性氧化铝的改性效果最佳,优化效果分别达到了 63.72%、33.33%、59.21%、49.06%,对活性氧化铝进行负载金属钛改性,其优化效果为54.7%。在进行硝酸氧化还原的基础上,再进行负载金属钛改性,其改性效果较二者单独改性有一定上升,其最终去除率为91.92%。（3）根据上述研究结果,开展了电容法-吸附法组合工艺处理低氟水的实验探究。实验结果表明:在装置运行2～6h中,出水氟离子浓度在0.75mg/L～0.94mg/L之间,待装置运行到第7h时,出水氟离子浓度达到1.13mg/L,说明电容模块已达到处理极限,断电,电容模块停止运行,反应箱内富集区域的水通过吸附法处理,处理90min后出水氟离子浓度降到0.59mg/L。图[55]表[24]参[117]
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