氧化镁/可溶性淀粉复合除氟剂的制备及其除氟机理研究

论文摘要

氟是人体必不可少的微量元素之一,它对维持人体正常生理活动起着重要作用。但氟摄入过量会引起氟中毒,主要表现为氟斑牙和氟骨症等。目前国内外含氟水处理方法主要包括:吸附法、混凝-沉淀法、离子交换法、膜分离工艺法、电渗析法和电凝聚法等,其中饮用水除氟以混凝-沉淀法和吸附法应用较为广泛。目前已知,氧化镁（MgO）可作为除氟的吸附材料,并且有较高的吸附能力,但其固有的缺点使得其难以在实际工程中应用。为了获得具有更高除氟能力和更好实用性的吸附材料,本研究利用可溶性淀粉来对MgO进行改性,得到吸氟容量高的MgO/Soluble Starch（MgOS）复合吸附剂。实验证明,该复合吸附剂的去氟效果优于单独使用MgO和可溶性淀粉。本文通过一系列实验研究得到制备MgO/可溶性淀粉复合吸附剂的最佳条件:MgO与可溶性淀粉最佳配比为1:1,最佳煅烧时间和最佳煅烧温度分别为4h和400℃。同时,本文对活性MgO和MgO/可溶性淀粉复合吸附剂分别进行一系列去氟平行实验,得出两者在模拟含氟水溶液中的除氟效果。实验结果表明:MgO/可溶性淀粉复合吸附剂能够在50min内达到吸附平衡,平衡吸附量是2256mg/kg;当pH在212间变化时,MgO/可溶性淀粉复合吸附剂仍然保持着较高的吸附量。实验研究了MgOS复合吸附剂的表征,分别使用环境扫描电镜（SEM）、X射线衍射扫描（XRD）及傅里叶红外光谱（FT-IR）等方法;并对该复合吸附剂对氟离子的吸附进行了吸附热力学和动力学研究,得出Langmuir等温吸附热力学模型与Freudlich等温吸附热力学模型相比更适合描述该复合吸附剂对氟离子的吸附过程;而二级反应动力学模型与一级反应动力学模型相比,更适合描述该吸附过程。由计算得出的Gibbs自由能变ΔG0<0、焓变ΔH0>和熵变ΔS0>0可知MgOS对氟离子的吸附是一个自发的吸热过程。因此,MgOS复合吸附剂具有较好环境适应性,且去氟能力较高,是一种应用前景良好的去氟材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 除氟方法的研究进展
• 1.3 复合脱氟剂的研究进展
• 1.4 课题的研究目的及内容
• 2 试验设计与分析方法
• 2.1 试验材料及仪器
• 2.2 试剂的配制
• 2.3 氟吸附试验及性能指标
• 2.4 氟的分析方法
• 3 吸附剂的制备研究
• 3.1 MgO 的除氟机理
• 3.2 可溶性淀粉的研究概况
• 3.3 溶胶凝胶法制备
• 3.4 MgO 与可溶性淀粉的配比研究
• 3.5 确定最佳煅烧时间
• 3.6 确定最佳煅烧温度
• 4 氟吸附实验研究
• 4.1 吸附材料的表征
• 4.2 氟吸附实验
• 5 实验结果分析与讨论
• 5.1 表征结果
• 5.2 吸附剂加入量对去氟率的影响
• 5.3 反应时间对氟吸附量的影响
• 5.4 初始pH 对氟吸附量的影响
• 5.5 MgO/可溶性淀粉和MgO 对溶液pH 的影响
• 5.6 初始F-浓度对吸附量的影响
• 5.7 常见阴离子对氟吸附量的影响
• 5.8 吸附热力学研究结果及分析
• 5.9 吸附动力学研究结果及分析
• 6 结论与展望
• 6.1 实验结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献