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氟是人体必需的微量元素,适量的氟对牙齿和骨骼的形成具有促进作用,过量的氟则会严重损害人的身体健康,目前国内有27个省市约7000万人口仍然在饮用高氟水,研究经济有效的除氟方法意义重大。
沸石是一族具有连通孔道、呈架状构造的含水铝硅酸盐矿物。特殊的晶体化学结构使沸石拥有离子交换、高效选择性吸附、催化等优异性能和环境属性,从而能有效的治理各种污水。本课题以山东本地产丝光沸石为原料,采用静态与动态相结合的方法,探索了沸石的不同活化条件对除氟效果的影响,确定了最佳活化方案,并对原水水质如pH、温度、原水含氟量等外界影响因素进行了实验,研究了沸石除氟的吸附等温线和吸附速度,最后进行了动态吸附柱试验和吸附饱后沸石的再生条件试验。
活化试验表明,将沸石置于200℃下焙烧1.5h,以固液比1:5的用量,用体积比4%的硫酸浸泡18h后再用质量分数为4%的硫酸铝溶液浸泡6h,较其他铝盐活化及酸碱处理方式等,此工艺为最佳活化方案,在相同条件下单位沸石吸附量由天然未改性前的0.04mg/g提高到0.385mg/g。在此基础上对沸石表面进行氧化铝涂层,发现在氧化铝悬浮液pH=9、400℃下焙烧1h涂层沸石的除氟效率有所提高,单位沸石吸附量达到0.420mg/g,但是在实际使用中其附着能力较差,XRD图谱显示材料的附着氧化铝量较少,故大颗粒状沸石不宜采用直接涂层改性后除氟。
改性前后沸石除氟均受到吸附时间、pH、温度、投加量、原水含氟量的影响,改性后沸石的除氟速度较快,在吸附45min时可以达到平衡,偏酸性、低温下的原水有利于吸附,pH=6时效果最好,在原水浓度为10mg/l时,Freundlich等温式基本符合天然沸石对水中氟离子的吸附模式,吸附等温式为Qe=0.0052Ce1.07、R2=0.9877,Langmuir和Freundlich等温式均可对改性后沸石的吸附进行数据拟合,吸附等温式分别为lgQe=0.2618lgCe-0.319、R2=0.9701和Qe=0.298Ce/1+0.212Ce、R2=0.9864。用DR方程对平衡数据进行关联拟合发现,改性前后主要分别表现为物理吸附和化学吸附作用。在原水浓度为10mg/l时,每100mL高氟水中投加2g活化沸石即可使出水浓度达到饮用水标准。采用活化沸石过滤试验表明,滤速宜控制在3m/h,对吸附饱和后的沸石用1mol/lNaOH进行再生效果较好。