硅胶负载氧化锆吸附剂的制备及吸附除氟研究

氟是人体必须的微量元素之一，摄入适量的氟对预防龋齿有积极作用，但摄入过多的氟则会严重影响人体健康。研究高效廉价的高氟水处理工艺具有重要意义。本论文研究了新型硅胶负载氧化锆吸附剂的制备方法，对含氟水进行了吸附除氟研究。结果表明该吸附剂对氟的亲合力大，除氟率高，除氟速度快，吸附量较大，是一种具有应用前景的新型廉价吸附剂。 实验采用浸渍—过滤—焙烧法制备硅胶负载氧化锆吸附剂，研究了焙烧温度、硅胶粒度、固液比、锆溶液浓度等各种单因素对吸附剂制备的影响，在此基础上进行正交实验，得出了浸渍—过滤—焙烧法制备吸附剂的优化条件。实验还采用浸渍—蒸干—焙烧法制备了硅胶负载氧化锆吸附剂，结果表明采用浸渍—蒸干—焙烧法制备的吸附剂除氟性能优于浸渍—过滤—焙烧法。 实验采用静态吸附法对硅胶负载氧化锆吸附剂的除氟性能进行了研究。探讨了pH值、吸附时间、吸附温度、吸附剂用量和吸附液初始浓度对吸附剂除氟的影响。结果表明，该吸附剂除氟受溶液pH影响很大。在pH值3～4范围内吸附量达到最大值，当pH从4到9逐渐增大时，吸附量下降很快，当pH＞10时，吸附几乎很难进行，说明该吸附剂适合处理偏酸性废水；当吸附温度在20～50℃范围内，吸附量几乎不变，说明吸附的热效应很小，温度对吸附的影响很小；在吸附30min内，吸附量增加很快，并且基本达到最大值，说明该吸附剂对氟的亲合力大，吸附速度快，吸附时间短；使用0.30g吸附剂处理100mL含氟水，当初始浓度小于12mg／L时，最大吸附量约3.70mg／g，平衡液浓度小于1mg／L，达到国家饮用水标准。当初始浓度小于25mg／L时，最大吸附量约6.05mg／g，平衡液浓度小于10mg／L，达到国家排放水标准。 根据实验结果，硅胶负载氧化锆除氟机理主要为吸附剂表面的羟基和溶液中的氟离子进行离子交换。本文还对吸附平衡和吸附动力学进行了研究，结果表明：随着平衡浓度的增加，吸附量快速上升，在平衡浓度很低时达到了较高的吸附量，表明吸附剂对氟离子有很强的亲和力，吸附极易进行，这是该吸附剂除氟的一个显著特征，。硅胶负载氧化锆吸附剂对氟的吸附平衡用Langmuir等温式拟合较好。吸附速率符合斑厄姆速度公式，并且适合用拟二级吸附动力学方程描述。吸附过程主要为颗粒的内表面扩散控制。