论文摘要
氟是人体内一种不可或缺的微量元素,摄入适量的氟对人体健康是有益的,但是如果氟的摄入量过多会导致一类总称为“氟中毒”的疾病,主要表现为氟骨病、氟斑牙等等。而饮用高氟水是氟中毒的主要原因。随着人类对环境和健康的重视,高氟饮用水越来越受到人们的关注,迫切需要寻找合适的饮水除氟工艺。本文分别采用载铁（Ⅲ）大孔磺酸型树脂和载铁（Ⅲ）棉花纤维球作为吸附剂,借助傅立叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）对其性质进行了表征,通过一系列的静态和动态吸附试验对吸附剂的除氟性能进行考察,并用各种动力学模型和热力学模型对其结果进行模拟。静态试验结果表明,这两种吸附剂对氟离子均具有较好的吸附性能。氟在载铁（Ⅲ）大孔磺酸型树脂和载铁（Ⅲ）棉花纤维吸附剂上的吸附不随pH的变化而变化；氟在吸附剂上的饱和吸附量随着温度的升高而增加,前者在298K时的静态饱和吸附量达到2.6006mg·g-1,后者在298K时的静态饱和吸附量为9.0995mg·g-1,Langmuir和Freundlich等温方程能够很好地描述氟吸附特征；溶液中的干扰离子基本不影响吸附剂对F-的吸附。吸附动力学研究用5种动力学方程拟合,结果表明：Elovich动力学模型和准二级动力学方程可更好的描述氟离子在载铁（Ⅲ）的大孔磺酸型树脂的吸附动力学行为；孔内扩散拟合结果表明孔内扩散不是吸附速率唯一控制步骤,吸附速率同时受孔内扩散和液膜扩散的影响；通过Boyd动力学方程传质分析可知孔内扩散是主要控制步骤。载铁（Ⅲ）的棉花纤维吸附剂吸附F-的行为符合准一级和准二级动力学方程；孔内扩散拟合结果表明孔内扩散不是吸附速率唯一控制步骤,吸附速率同时受孔内扩散和液膜扩散的影响；通过Boyd动力学方程传质分析可知孔内扩散是其主要控制步骤。通过对载铁（Ⅲ）大孔磺酸型树脂和载铁（Ⅲ）棉花纤维吸附剂吸附行为的热力学研究可知：吸附焓变△H>0,说明氟离子吸附为吸热过程；吉布斯自由能△G<0,说明吸附质倾向于从溶液中吸附到吸附剂表面,反应过程可自发进行的；吸附熵变△S>0,说明F-在吸附剂上的吸附是熵推动过程,固/液相界面上分子运动更为混乱。利用动态吸附柱实验测定吸附剂对氟的穿透曲线。动态吸附试验表明,在其他条件不变的情况下,随着流速的增大,吸附柱床层穿透加快。载铁（Ⅲ）的大孔磺酸型树脂作为吸附剂时,当流速从20 BV·h-1升至40 BV·h-1,进水F-浓度为20 mg·L-1时,床层完全穿透体积从102 BV降至92BV；载铁（Ⅲ）的棉花纤维吸附剂作为吸附剂时,当流速从20 BV·h-1升至40 BV·h-1,进水F-浓度为20 mg·L-时,床层穿透体积从154 BV降至146 BV。