改性茶渣及淀粉制備飲用水降氟劑的特性及機(jī)理研究.pdf

1、氟(Fluoride)是人體正常生長(zhǎng)所必需的微量元素之一，適量的氟能夠預(yù)防齲齒，而過(guò)量攝入高濃度的氟會(huì)導(dǎo)致氟斑牙和氟骨癥。自然界的氟通常存在于巖石礦質(zhì)中，但受到雨水浸蝕時(shí)會(huì)進(jìn)入地表水和地下水中，造成飲用水的氟污染。目前，除氟方法以吸附法最為普遍，但傳統(tǒng)吸附劑大多數(shù)存在吸附容量低、吸附緩慢、最優(yōu)吸附pH值范圍較窄以及吸附后有殘留等問(wèn)題，使它們的應(yīng)用受到了很大限制。因此迫切需要開發(fā)安全、高效、廉價(jià)以及較寬最優(yōu)吸附pH值范圍的除氟吸附劑。針對(duì)

2、這一問(wèn)題，本文研究利用茶渣及淀粉為原料制備了一系列除氟生物吸附劑，并對(duì)降氟劑的特性及機(jī)理等進(jìn)行考察。其主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)本研究采用球磨粉碎技術(shù)，制得超微茶渣(UTP)，通過(guò)氯氧化鋯改性制備除氟生物吸附劑(UTP-Zr)。研究了不同料液比(0.4-4.8g/L)、吸附時(shí)間(1-360min)、溶液初始pH(3.0-12.0)、氟離子初始濃度(5-200mg/L)以及共存陰離子(Cl-、NO3-、SO42-和HCO3-)對(duì)

3、UTP和UTP-Zr吸附溶液中氟離子的影響。結(jié)果表明，UTP-Zr的吸附效果明顯優(yōu)于UTP，且UTP-Zr的添加量從0.4g/L增加到3.2g/L時(shí)，氟的去除率由52％增加到93％;在前40min UTP和UTP-Zr對(duì)氟離子的吸附容量隨吸附時(shí)間延長(zhǎng)均迅速增加，在120min時(shí)基本達(dá)到飽和狀態(tài);在pH值3.0到9.0范圍內(nèi)UTP-Zr具有穩(wěn)定的吸附能力，UTP隨著pH值增加無(wú)顯著變化;溶液初始氟離子濃度從5mg/L增加到200mg/L，

4、UTP和UTP-Zr對(duì)氟離子的吸附量均呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，并逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)。
　　(2)吸附劑UTP-Zr在溶液初始pH值3.0到11.0范圍內(nèi)吸附后溶液中析出的鋯離子含量均低于電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP)檢測(cè)限(0.01mg/L)，不會(huì)造成二次污染。除了HCO3-外其他共存離子（Cl-、NO3-和SO42-）對(duì)UTP-Zr吸附效果沒(méi)有顯著影響。Freundlich吸附等溫線模型能很好的描述UTP對(duì)氟的吸附過(guò)程，而UTP-Zr

5、對(duì)氟的吸附過(guò)程符合Langmuir吸附等溫線模型，且理論最大吸附量為12.43mg/g。UTP和UTP-Zr吸附過(guò)程均符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。掃描電鏡(SEM)，能譜(EDS)和X射線光電子能譜(XPS)等表征表明UTP-Zr吸附氟離子主要通過(guò)氟離子與氫氧根離子發(fā)生離子交換，而不是簡(jiǎn)單的物理吸附。
　　(3)以玉米淀粉為原料，酶解成多孔淀粉后，經(jīng)ZrOCl2、AlCl3、FeCl3、La(NO3)3改性分別制得新型生物吸附劑（PS-

6、Zr，PS-Al，PS-Fe和PS-La）。研究不同料液比(0.4-4.8g/L)、吸附時(shí)間(1-360min)、溶液初始pH(3.0-12.0)、氟離子初始濃度（5-400mg/L）對(duì)四種生物吸附劑吸附溶液中氟離子的影響。實(shí)驗(yàn)表明:四種吸附劑對(duì)氟的去除率均隨著吸附劑用量的增加而增加，且在相同吸附劑用量時(shí)，吸附劑PS-Zr相對(duì)于PS-Al、PS-Fe和PS-La吸附能力更好，吸附劑用量從0.4g/L增加到1.6g/L時(shí)，PS-Zr對(duì)氟的

7、去除率由30％增加到96％;吸附前40min四種吸附劑的吸附量均迅速增加，且在120min達(dá)到飽和狀態(tài);在相同的pH條件下，PS-Zr的吸附容量要大于PS-Al，PS-Fe和PS-La，且在pH3.0-9.0范圍內(nèi)PS-Zr均具有非常穩(wěn)定的吸附能力，在pH值為4.0時(shí)具有最大的吸附容量6.16mg/g;PS-Zr，PS-Al，PS-Fe和PS-La四種生物吸附劑的吸附量均隨著氟離子初始濃度的增加而增加并趨于平衡狀態(tài)，且PS-Zr對(duì)氟的吸

8、附容量最大。
　　(4)吸附劑PS-Zr在pH值3.0-11.0范圍內(nèi)吸附后Zr的殘留量均低于ICP檢測(cè)限(0.01mg/L)。PS-Zr和PS-Al對(duì)氟的吸附過(guò)程符合Langmuir吸附等溫線模型。且理論吸附容量分別為25.41和16.40mg/g。PS-Fe和PS-La對(duì)氟的吸附符合Freundlich吸附等溫線模型。吸附劑PS-Zr，PS-Al，PS-Fe和PS-La的偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的擬合系數(shù)均大于0.97，吸附過(guò)程均符合