納米吸附材料的設(shè)計(jì)、制備及對(duì)水中氟離子去除機(jī)理研究.pdf

1、地下水中高氟污染嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類的身體健康，影響社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步。針對(duì)地下水中的微污染物氟離子的去除勢(shì)在必行且迫在眉睫，而且研究開發(fā)高效、穩(wěn)定、低成本的去除技術(shù)對(duì)地下水中氟離子的去除具有重要的科學(xué)意義。然而，目前研究的吸附劑大多基于羥基交換的吸附機(jī)理，受實(shí)際復(fù)雜地下水中的pH值和共存離子的影響比較大，阻礙了該類吸附劑在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)、開發(fā)新的基于對(duì)氟離子吸附的新機(jī)理吸附劑，對(duì)吸附劑的實(shí)際應(yīng)用尤為重要。
　　基于

2、上述問題，本論文旨在設(shè)計(jì)、制備金屬氧化物或復(fù)合物納米材料，調(diào)控其材料形貌，使其應(yīng)用于模擬地下水中氟離子的吸附去除。研究在復(fù)雜模擬地下水環(huán)境中納米金屬氧化物或復(fù)合物吸附劑對(duì)無機(jī)微污染物氟離子的吸附性能，此外進(jìn)一步探討金屬氧化物或復(fù)合物納米材料作為高效除氟劑的吸附機(jī)制。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以簡(jiǎn)單共沉淀法合成了Fe-Al-Mn三金屬納米復(fù)合氧化物，并將其作為吸附材料研究了去除模擬地下水中氟離子的吸附特性。研究探討了Fe

3、-Al-Mn三金屬納米復(fù)合氧化物吸附材料的表面形貌、組成以及對(duì)地下水中氟離子吸附機(jī)理，考察了不同pH值和不同溫度下對(duì)氟離子去除效果的影響。研究表明Fe-Al-Mn三金屬納米復(fù)合氧化物具有很強(qiáng)的氟離子吸附性能，其吸附機(jī)理是吸附材料表面的羥基交換;Fe-Al-Mn三金屬納米復(fù)合氧化物對(duì)氟離子的吸附為自發(fā)的吸熱過程。根據(jù)以上的研究結(jié)果推測(cè)Fe-Al-Mn三金屬納米復(fù)合氧化物是一種具有很強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用前景的氟離子吸附劑。
　　(2)成功設(shè)計(jì)合

4、成了一種新的環(huán)境友好型的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)花狀MgO/MgCO3復(fù)合物氟離子吸附劑，并將其應(yīng)用于模擬地下水中氟離子的吸附去除。研究探討了微納分級(jí)結(jié)構(gòu)花狀MgO/MgCO3復(fù)合物材料的表面形貌、組成以及對(duì)模擬地下水中氟離子的吸附性能，重點(diǎn)研究了其對(duì)氟離子的吸附機(jī)理，考察了不同pH值和不同干擾離子對(duì)氟離子的吸附效果的影響。研究表明微納分級(jí)結(jié)構(gòu)花狀MgO/MgCO3復(fù)合物具有優(yōu)異的氟離子吸附性能，在平衡濃度為50 mg/L時(shí)，吸附劑的吸附容量達(dá)到了

5、149 mg/g;吸附劑具有較寬的pH值適用范圍(5-11);共存離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明除了PO43-對(duì)氟離子的吸附影響較大外，模擬地下水中其它共存陰離子對(duì)氟離子的吸附幾乎無影響。另外，吸附機(jī)理分析知，微納分級(jí)結(jié)構(gòu)花狀MgO/MgCO3復(fù)合物材料對(duì)氟離子的吸附是通過吸附劑表面的CO32-和OH-與模擬地下水中的氟離子交換實(shí)現(xiàn)的，這也是吸附劑具有較寬的pH值適用范圍和較強(qiáng)的抗離子干擾能力的原因。
　　(3)設(shè)計(jì)、制備了一種新的均一尺寸

6、的CeCO3OH納米球吸附劑，并應(yīng)用于模擬地下水中氟離子的吸附去除研究。研究探討了CeCO3OH納米球吸附劑的表面形貌、組成以及對(duì)地下水中氟離子的吸附性能，考察了不同pH值和不同干擾離子對(duì)氟離子的吸附效果的影響，重點(diǎn)研究了其對(duì)氟離子吸附機(jī)理。研究表明CeCO3OH納米球吸附劑對(duì)氟離子的吸附滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，等溫吸附滿足Langmuir模型擬合，具有很強(qiáng)的氟離子吸附能力，pH為7±0.2的條件下Langmuir模型擬合最大吸附容量達(dá)到

7、45 mg/g;該吸附劑具有很寬的pH值適用范圍(3-10);共存離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明除了CO32-對(duì)氟離子的吸附影響較大外，模擬地下水中的其它共存陰離子對(duì)氟離子的吸附幾乎無影響。分析吸附機(jī)理知，CeCO3OH納米球吸附劑對(duì)氟離子的吸附是通過吸附劑表面的CO32-和OH-與模擬地下水中的氟離子交換以及吸附劑表面的靜電作用實(shí)現(xiàn)的，致使吸附劑具有較寬的pH值適用范圍和較強(qiáng)的抗離子干擾能力。此外，該吸附劑在低的初始氟離子濃度下對(duì)模擬地下水中氟