Ca-Al-La复合除氟材料的制备及其除氟性能研究

饮用水中存在的氟会对人体健康产生有益或有害的影响,产生何种影响取决于水中氟离子浓度的大小。人体摄取适宜量低浓度的氟有利于预防龋齿,而过量摄入高浓度的氟会导致牙齿和骨骼疾病。按照世界卫生组织的标准,饮用水中氟离子适宜浓度范围为0.5～1.5mg/L,中国安全饮用水标准规定氟离子浓度不能超过1.0mg/L。在常用的除氟方法中,吸附法因其具有操作简单,成本较低,吸附的高选择性和高效性以及吸附剂的广泛性等特点而成为应用最广泛的方法之一。然而,现有的吸附剂大多数存在吸附容量低、吸附缓慢以及最优吸附pH值范围较窄等问题,所以虽然价格低廉,但它们的应用仍然受到了限制。因此,开发具有较高吸附容量、较快吸附速率以及较宽最优吸附pH值范围的吸附剂成为一个亟待解决的问题。针对这一问题,本文研究了新型钙／铝／镧体系(Ca-Al-La)复合除氟材料的制备及其除氟性能。 通过简单易行的方法制备了Ca-Al-La复合除氟材料。使用粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等多种表征技术对制备的吸附材料进行了分析。通过静态吸附实验,研究了所制备的吸附材料对水溶液中氟离子的去除性能,以及溶液初始pH值、吸附剂投加量、初始氟离子浓度、温度、时间、共存阴离子等因素对除氟效率的影响,研究了所制备的吸附材料对氟离子的吸附-脱附-再生行为,通过FT-IR分析以及XPS分析探讨了可行的吸附和再生机理。 XRD分析结果表明,Ca-Al-La复合除氟材料不是CaO, A12O3和La203的简单复合。FT-IR分析表明吸附剂表面的羟基离子参与到了吸附反应中。XPS分析证明,参与反应的羟基离子来自于吸附剂表面与金属相结合的-OH。 Ca-Al-La吸附剂对氟离子的吸附平衡数据符合Langmuir吸附模型。吸附过程符合准二级动力学模型。共存阴离子对Ca-Al-La吸附剂除氟效果的影响按以下顺序依次递减：HCO3-> SO42-> NO3->cl-。所制备的除氟材料反复再生利用五次后,依然具有较高的吸附容量。脱附和重复利用实验表明,Ca-Al-La复合除氟材料可以成为一种比较有应用潜力的饮用水除氟剂。