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环境中过量的氟进入人体会对牙齿、骨骼甚至脑神经造成多种损害,饮用水除氟是我国环境卫生领域的重要任务之一。α-氧化铝(α-Al2O3),γ-氧化铝(γ-Al2O3),无定形氢氧化铝(AAH)和勃姆石(γ-AlOOH)等是典型的铝(氢)氧化物吸附剂。目前,铝(氢)氧化物除氟研究多集中于吸附剂的除氟性能研究,对不同铝(氢)氧化物之间的比较研究较少,特别是对不同铝(氢)氧化物与F-相互作用机理的比较研究更少。共存阴离子是影响吸附材料F-吸附性能的重要因素,单一共存离子与F-在不同铝(氢)氧化物表面的共存机制、其对不同铝(氢)氧化物的F-吸附性能和表面结构稳定性、Al3+释放机制的影响,以及多种共存离子复杂环境中铝(氢)氧化物长时吸附的表面结构稳定性等问题鲜有研究报道。本文以α-Al2O3,γ-Al2O3,AAH,γ-AlOOH等四种典型铝(氢)氧化物为研究对象,对不同铝(氢)氧化物吸附F-的性能、吸附作用力类型、表面活性吸附位点进行了比较研究;探讨了不同铝(氢)氧化物吸附F-过程中溶液体系F-、OH-Al3+和HCO3-、HPO42-、腐殖酸等溶液组分的变化规律及相互关系;考察了四种铝(氢)氧化物在长时复杂F-吸附环境中的表面结构稳定性;采用乙二酸作为交联剂,制备了环境友好、成本低廉、性能良好的壳聚糖改性活性氧化铝(AACB)除氟吸附剂,研究了 AACB吸附F-的机理。本论文研究内容与结果如下:1.对不同铝(氢)氧化物的除氟性能及常见共存阴离子的影响进行了比较研究。通过改变F-、OH-、HCO3-HPO42-、腐殖酸等的初始浓度,对四种铝(氢)氧化物吸附剂的除氟性能进行了比较研究,四种吸附剂除氟性能大小顺序依次为:AAH>γ-Al2O3>γ-Al2O3>γ-AlOOH;OH-除对AAH除氟性能没有显著影响外,对其它三种吸附剂的除氟性能都有抑制作用,且对γ-AlOOH的抑制作用最强;HCO3-对四种吸附剂的除氟性能都有抑制作用,且对γ-Al2O3除氟性能的抑制作用最强;HPO42-除对AAH的除氟性能有促进作用外,对其它三种吸附剂的除氟性能都有抑制作用,且对α-Al2O3除氟性能的抑制作用最强;腐殖酸对α-Al2O3.γ-Al2O3的除氟性能有抑制作用,但对AAH和γ-AlOOH的除氟性能有促进作用。2.研究了不同铝(氢)氧化物吸附F-过程中溶液体系F-、OH-、Al3+和共存HCO3-、HPO42-、腐殖酸等化学组分的变化规律及相互关系,揭示了共存阴离子对不同类型铝(氢)氧化物吸附F-过程中OH-与Al3+的释放机制的影响。四种铝(氢)氧化物吸附除氟过程中OH-的变化规律是:α-Al2O3和γ-Al2O3体系OH-浓度增加,增加量γ-Al2O3>α-Al2O3;AAH 和γ-AlOOH 体系 OHˉ浓度减少,减少量 AAH>γ-AlOOH;共存离子体系中,初始pH值对F-吸附量的影响是:随着初始pH增加,α-Al2O3和γ-AlOOH体系的F-吸附量逐渐降低,AAH体系的F-吸附量无显著变化,γ-Al2O3体系的F-吸附量随初始pH值增加而降低,但在pH值为7～8范围内,与pH值改变没有明显相关性,表明α-Al2O3和γ-AlOOH的F-吸附是一个pH依赖过程,而AAH和γ-Al2O3的F-吸附则因共存离子种类不同,由不同的吸附机制控制;四种铝(氢)氧化物吸附除氟过程中Al3+的释放规律是:Al3+释放量由大到小依次为AAH>γ-Al2O3>α-Al2O3>γ-AlOOH;HCO3-、HPO42-和腐殖酸浓度增加可促进γ-Al2O3中Al3+释放,但抑制其它三种铝(氢)氧化物表面Al3+的释放。当共存阴离子与F-竞争表面配体交换活性位点时,Al3+释放量增大;当共存离子与表面吸附位点发生配位反应时,Al3+释放量减小。3.对HCO3-、HPO42-、腐殖酸等共存阴离子与 F-在α-Al2O3、γ-Al2O3、AAH和 γ-AlOOH等不同吸附剂表面及溶液中的化学行为进行了比较研究,提出了共存阴离子与F在四种吸附剂上的吸附作用力类型、表面活性吸附位点及共存机制:α-Al2O3、γ-Al2O3对F-吸附由静电引力和表面配体交换反应控制,但AAH和y-AlOOH对F-吸附主要由静电引力和表面配位反应控制;F-与四种铝(氢)氧化物的吸附位点分别为:与α-Al2O3和AAH通过表面Al-O基团结合,与γ-Al2O3通过表面Al-OH和Al-O基团结合,与γ-AlOOH通过表面(OH)-Al=O结合;HCO3-与F-竞争α-Al2O3、γ-AlOOH表面相同的吸附位点,HCO3ˉ对γ-Al2O3的F-吸附位点没有明显影响,HCO3-与F-的AAH表面活性位点相互独立;HPO42-与F-竞争α-Al2O3、γ-Al2O3和γ-AlOOH表面的吸附位点,HPO42ˉ与F-的AAH表面活性位点相互独立;腐殖酸与Fˉ竞争α-Al2O3、γ-Al2O3表面相同的吸附位点,腐殖酸与F-在AAH和γ-AlOOH表面的活性位点相互独立。4.对不同铝(氢)氧化物及典型层状硅酸盐含铝矿物在多影响因素复杂环境F-溶液长时(21天)吸附反应中的F-吸附量、溶液中Al3+和H+变化规律、吸附剂表面结构稳定性进行了比较研究。在模拟氟污染地下水中,α-Al2O3,γ-Al2O3,AAH,γ-AlOOH,累托石,蒙脱土和高岭土对溶液中F吸附量大小顺序是:AAH>γ-Al2O3>α-Al2O3>γ-AlOOH>高岭土>累托石>蒙脱土;吸附过程中伴随着Al3+的释放和H+浓度的增加,Al3+释放量大小顺序是:γ-Al2O3>高岭土>α-Al2O3=AAH>γ-AlOOH=累托石>蒙脱土,H+浓度增加量大小顺序是:AAH>累托石>蒙脱土>高岭土>γ-AlOOH>α-Al2O3>γ-Al2O3;吸附剂表面结构稳定性高低顺序是:蒙脱土>累托石=γ-AlOOH>AAH=α-Al2O3>高岭土>γ-Al2O3;不同铝(氢)氧化物中,AAH使模拟地下水中F-浓度减小至1.0 mg/L以下,且Al3+释放量远低于AAH单独吸附F-时的释放量,也低于γ-Al2O3的Al3+释放量,因此AAH比γ-Al2O3更适用于实际高氟地下水的处理。5.以乙二酸为交联剂,制备了壳聚糖改性活性氧化铝(AACB)新型复合材料,研究了 AACB的除氟性能、F-吸附动力学、热力学、吸附剂表面电荷分布、表面活性吸附位点,明确了 AACB的除氟机理。AACB除氟性能高于活性氧化铝和其它类型壳聚糖改性除氟吸附剂,其吸附量达到6.70 mg/g,高于活性氧化铝(2.56mg/g)和壳聚糖(0.37mg/g)的吸附量;2g/LAACB能使初始浓度为4.52mg/L的F溶液经吸附反应后降至0.57mg/L,达到饮用水中F浓度的要求;CO32ˉ和PO43-共存抑制AACB的F吸附量,Cl-、HCO3-、SO42-和NO3-共存几乎不影响AACB的F-吸附量;F-在AACB表面的吸附过程符合Pseudo-second order动力学模型、Elovich化学吸附动力学模型和分子内扩散动力学模型;F-在AACB表面的吸附过程符合Freundlich吸附等温式,为多层非匀质吸附,是自发的吸热反应;F-吸附使AACB的零电位点pH降低,说明化学吸附是AACB吸附F-的主要控制作用力;AACB中存在—NH2基团与Al-O基团两种F吸附位点,两者分别通过静电引力和表面配体交换反应吸附F-,它们的协同效应使AACB的F-吸附量高于壳聚糖和活性氧化铝各自的Fˉ吸附量;CO32-、PO43-与F竞争相同的吸附位点,导致F-吸附量降低。