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随着工业化进程的发展,空气污染严重,酸雨增多,使溶解度小的氟化物溶解,形成了较多的地球化学“高氟区”。过多的氟会引起人体及动植物正常生理功能紊乱,影响植物新陈代谢,引发动物和人体骨骼系统、血液系统、脏器系统等疾病。目前我国氟污染受害人口达7700万。我国每年用于除氟的资金高达2亿元人民币,但效果仍不理想。因此,对新型除氟材料的开发及其除氟行为、机理、工艺的研究有着十分重要的理论价值和实际意义。
磷灰石族矿物及生物材料骨粉因特殊的晶体结构和良好的吸附性能被用于去除水体中的氟离子,除氟效果除了与吸附剂的性质有关外,还受到其他众多因素如氟离子浓度、溶液pH、温度等的影响。研究表明,环境中的低分子量有机酸可以作用于含磷材料,使其晶格遭到破坏,表面化学性质也发生变化,进而影响其吸附性能.因此,在将舍磷材料用于含氟废水处理的实际应用中,必须对除氟体系中的有机酸予以考虑。本文选取常见的三种有机酸:草酸、柠檬酸、苹果酸,将其加入磷矿粉(P1losphateRock,PR)、纳米羟基磷灰石(nano.HydaOxyapatie,nHAP)、骨粉(Bone Meal,BM)的除氟体系中,研究有机酸对三种材料除氟效果的影响。主要研究结果如下:
(1)低分子量有机酸可以显著促进PR、nHAP及BM对F-的吸附,促进作用因吸附剂自身的成分和结构以及有机酸的种类和浓度而不同。对于PR而言,草酸的促进作用最强,其次为柠檬酸、苹果酸;而在nHAP和BM除氟体系中,则以苹果酸的促进作用最强,柠檬酸次之,草酸作用最弱;PR、nHAP及BM对F-的去除率随有机酸浓度的增加而增大。当有机酸浓度一定时,三种材料对F-的去除率随材料用量的增加、温度的升高及反应时间的延长而增加,随溶液中F-浓度和溶液pH的升高而降低,但相比不加酸的样品,相同反应条件下,吸附剂对F-的去除率都有显著的提高。
(2)低分子量有机酸存在下,PR、nHAP及BM对F的吸附同时符合Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型。
(3)低分子量有机酸存在下,PR、nHAP及BM对F-的吸附动力学研究表明,三种材料对F-的吸附符合准二级动力学模型,而对颗粒内扩散模型的相关系数均较低。
(4)低分子量有机酸存在下,PR、nHAP及BM对F的吸附热力学研究表明,三种材料对F-的吸附均是自发的吸热反应过程,随温度的升高,反应体系无序度增大。
(5)通过对添加有机酸前后三种材料吸附F后的样品进行XRD和IR分析发现,磷矿粉对F-的吸附存在氢键吸附作用;而纳米羟基磷灰石对F-的吸附存在氢键吸附和离子交换两种机制,骨粉成分复杂,其反应机理需进一步研究。