去除水中氟離子的方法

去除水中氟離子的方法

氟（f）是人體所必要的元素之一。日常飲用水的含氟量在0.5~1.0mg/L有利于維持人體的鈣、磷代謝穩(wěn)定,防止患齲齒病。但長期過量攝入氟會(huì)引起氟斑牙和氟骨癥,甚至導(dǎo)致癌癥、腦損傷、甲狀腺分泌紊亂,以及對(duì)心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、感官系統(tǒng)等非骨組織造成損害目前含氟廢水處理常用的方法包括:混凝沉淀法,膜分離法,電化學(xué)法,離子交換樹脂法以及吸附法等等。表11一般氟吸收目前含氟廢水處理中常用的吸附劑可分為金屬基吸附劑、天然礦物吸附劑、高分子類吸附劑以及工業(yè)副產(chǎn)品等。1.1金屬基吸附劑該類吸附劑主要是鋁、鐵和鎂等金屬的氧化物或氫氧化物。氧化鋁是最早應(yīng)用于除氟的金屬材料,其比表面積大(大于260m1.2作除氟吸附劑一些天然礦物如沸石、粘土、膨潤土、浮石、鋁土礦等具有較低的成本,作除氟吸附劑具有較好的發(fā)展前景。沸石是一種含鋁硅酸鹽的礦物,其晶格內(nèi)部有許多空穴和通道,比表面積大,對(duì)氟離子吸附性能良好1.3殼聚糖的理化性質(zhì)高分子類吸附劑材料大多來源于天然的生物質(zhì)及其衍生產(chǎn)物,如殼聚糖、硅藻土、褐煤、炭化材料、木質(zhì)素。殼聚糖是一種從甲殼類動(dòng)物外殼中提取的高分子聚合物———甲殼素經(jīng)N-脫乙?；磻?yīng)后的產(chǎn)物,分子中含有大量的氨基和羥基基團(tuán),可通過表面吸附、絡(luò)合以及離子交換等作用去除水體中的各種離子。但天然殼聚糖單獨(dú)使用時(shí)脫氟能力較低,近年來通常是以殼聚糖作載體進(jìn)行負(fù)載改性提高除氟性能1.4常用含氟吸附劑將工業(yè)生產(chǎn)中的一些副產(chǎn)品或廢棄物如赤泥、粉煤灰、鋁酸鈣礦渣、磚粉、漂白粉等作為吸附劑處理含氟廢水,不僅能夠簡化工藝,降低成本,還可以實(shí)現(xiàn)廢物資源化2氟離子的吸附性對(duì)氟吸附材料改性的目的一方面是進(jìn)一步提高其吸附容量,另一方面是增強(qiáng)其對(duì)氟離子的選擇吸附性,這已成為當(dāng)前氟吸附材料研究的熱點(diǎn)。吸氟材料改性最常見的是負(fù)載鐵、鋁和稀土等金屬及其氧化物,或負(fù)載氨基、羧基等官能團(tuán),對(duì)個(gè)別的吸附材料,也有采用高溫焙燒、酸堿處理等其它改性措施,以調(diào)整其表面結(jié)構(gòu)。2.1帶鐵、鋁等金屬改性Fe2.2稀土負(fù)載材料稀土鹽類和稀土氧化物與氟離子的配位能力強(qiáng),吸附容量大,可以克服其他吸附劑許多不足,是具有發(fā)展前景的氟吸附劑。但由于價(jià)格昂貴,一般采取稀土負(fù)載改性吸附材料制備成稀土吸附劑,由稀土元素(Ce、La、Ti、Zr等)的水合物負(fù)載組分選擇性地與氟離子發(fā)生交換達(dá)到除氟目的。作為稀土負(fù)載材料非常多,常報(bào)道的如殼聚糖、活性炭、沸石、凹凸棒土等。謝燕華等2.3負(fù)荷化學(xué)能團(tuán)的改性在酸性條件下質(zhì)子化氨基和羧基與氟離子之間會(huì)發(fā)生氫鍵和靜電作用,顯著改善對(duì)氟的吸附性能2.4其他重建方法牟淑杰3新型高效氟吸附劑近年來,隨著新材料和新技術(shù)的運(yùn)用,出現(xiàn)了一些新型高效氟吸附劑,如納米材料吸附劑、二元金屬氧化物吸附劑、新型水合氧化物吸附劑、石墨烯吸附劑、微生物吸附劑等。3.1物質(zhì)組成材料的多樣性納米材料是指任何一維幾何尺寸在1~100nm內(nèi)物質(zhì)所組成材料的統(tǒng)稱。金屬納米材料由于具有較大的比表面積及許多未飽和的原子被用于吸附水中氟離子。Poursaberi等3.2二、多元金屬混合物吸附劑為了得到吸附容量更大、抗干擾力更強(qiáng)的吸附劑,國內(nèi)外研究者合成了二元甚至三元的金屬氧化物吸附劑。Sujana等3.3新型水合物吸附劑水合氧化鉍被認(rèn)為是一種具有除氟潛力的新型吸附劑。Srivastav等3.4熱傳導(dǎo)率的檢測石墨烯因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能、特定的磁性、電荷載體的流動(dòng)性以及高的熱傳導(dǎo)率,在許多技術(shù)方面顯示出應(yīng)用潛力。目前已有很多研究者研究石墨烯的吸附性能。Li等3.5微生物吸附劑林立東4生物活性重質(zhì)氟吸附劑的應(yīng)用展望氟的化學(xué)性質(zhì)活潑,離子半徑小,化合物溶解性好,是較難去除的污染物。采用吸附技術(shù)處理含氟廢水具有廣闊的發(fā)展前景,而研發(fā)出高效、安全的吸附劑是該技術(shù)得以工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。筆者認(rèn)為今后應(yīng)著重開展以下幾方面的工作:(1)目前已知的金屬氧化物及氫氧化物吸附劑表現(xiàn)出較高的除氟容量及除氟效率,但是在吸附和再生過程中金屬離子容易溶出,會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生一定的危害(如Al(2)針對(duì)現(xiàn)有吸附劑吸附容量小,反應(yīng)速率慢,再生困難等問題,應(yīng)進(jìn)一步開展改性技術(shù)和制備方法研究,同時(shí)由于溶液pH、吸附溫度、共存陰離子強(qiáng)度、初始氟離子濃度等對(duì)不同吸附劑影響不同,應(yīng)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,根據(jù)具體情況選擇合適的吸附劑以及相應(yīng)反應(yīng)條件以實(shí)現(xiàn)最佳吸附效果。(3)加強(qiáng)新型氟吸附劑的篩選和研究,特別是與一些新材料如納米材料、石墨烯材料等的結(jié)合,制備出高效,選擇性強(qiáng)、易再生的的氟吸附劑;另外,一些微生物通過表面吸附和代謝作用能持續(xù)地去除水中的氟,可以作為微生物氟吸附劑,但目前國內(nèi)外對(duì)微生物吸附脫氟方面研究非常少,是值得關(guān)注的方向。(