改性钙矿材料的制备及其除氟性能研究_张爱霞

世界各地淡水资源日趋匮乏，而在中国氟造成的地下水污染相当严重，范围之广能遍布29个省、市、自治区，在含氟量为1.0mg·L-1标准下，国内受氟威胁的人口高达2.6亿[1-3]。高氟水对人的身体危害很大，所以控制和减少饮用水中的含氟量是十分必要的。目前，含氟水的除氟方法主要有2大类：吸附法和沉淀法，在含氟饮用水的处理中以吸附法应用居多[4]。孟紫强[5]等在研究6种吸附材料中发现了以羟基磷灰石吸附氟的能力最强，但由于羟基磷灰石需化学合成，故成本较高，因而得不到广泛推广。贝壳砂是一类广泛的材料，因其价低，如能被合理利用能减轻环境的负荷，故有应用前景。贝壳砂被当作除氟原材料的研究还相当少，本文利用柠檬酸、磷酸、氨水改性贝壳砂制备了一种新型的除氟材料。1试验部分1.1试验材料试验所用贝壳砂产于广东茂名，用X-Ray荧光光谱仪对原材料和改性后材料主要组分含量进行定量分析比较，结果如表1所示。由表1可知，MgO、Al2O3、ZnO在改性后未检出，CaO由98.00%下降到73.00%，而P2O5的含量由0.09%上升到26.00%，这说明贝壳经过柠檬酸、磷酸、氨水改性后CPAS材料的磷酸根含量增高。在实验室将贝壳砂洗净、烘干、破碎、过74～410μm孔径，封装备用。试验用水为去离子水，含氟水由人工配制而成；所用柠檬酸、磷酸、氨水、氟化钠等试剂均为分析纯。1.2试验方法1.2.1材料制备称取一定量的上述贝壳砂材料，按一定的固液比投加5%质量分数的柠檬酸溶液中，振荡浸泡24h，水洗8次，烘干；一定温度焙烧一定时间，以一定的固液比投加0.6mol·L-1的磷酸溶液中，振荡一定时间；然后用氨水调节至一定pH，室温下老化3h，过滤水洗，烘干，即可制得柠檬酸-磷酸-氨水改性贝壳的材料（CPAS）。1.2.2静态吸附特性试验称取0.10g制备好的CPAS材料，置于75mL氟质量浓度为10mg·L-1的溶液中，振荡一定时间，取出在720r·min-1条件下离心5min，取上清液测定氟浓度，计算去除率。并改变pH、吸附时间和掺加改性钙矿材料的制备及其除氟性能研究张爱霞，李剑超，张红，刘琰，刘啸乾（陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系，陕西西安710062）摘要：本文通过柠檬酸、磷酸、氨水改性贝壳砂制备1种新型的除氟材料（CPAS），并通过静态和动态试验研究它对氟的去除效果。结果表明，制备CPAS材料最佳条件为质量分数5%的柠檬酸以1：5的固液比浸泡24h，水洗、烘干，600℃焙烧1h，0.6mol·L-1的磷酸以1：30的固液比浸泡3h，氨水调pH为8，室温下老化3h；在静态试验中，CPAS材料在pH3～10范围内除氟率均高于97%，10h可达到吸附平衡，吸附符合Lagergren一级吸附动力学模型；共存阴离子Cl-、SO42-对材料除氟干扰很小；材料的除氟吸附等温线符合Langmuir方程，35℃下对氟的最大饱和吸附容量达16.54mg·g-1；通过动态柱吸附试验可得CPAS材料去除氟的能力为7.53mg·g-1。关键词：钙矿；除氟；吸附；贝壳中图分类号：TQ424.2文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)11-0030-004收稿日期：2011-03-11作者简介：张爱霞（1982－），女，硕士研究生，研究方向为水污染控制与环境污染治理；E-mail：zhangaixia05081003@163.com联系作者：李剑超；联系电话：029-85310525表1材料主要元素组成(/%)Tab.1Themainelementsofthematerials(/%)试验材料MgO原贝壳CPAS0.07NT0.05NT0.080.06Al2O3SiO2P2O50.0926.00CaOZnOSrO其它98.0073.000.07NT0.400.201.240.74注：NT为未检出第37卷第11期2011年11月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.11Nov.,201130DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.11.007共存无机阴离子等研究分析其除氟效果。1.2.3动态吸附试验吸附柱高5.30cm，内径为0.73cm，CPAS材料2.80g，计算得材料的堆积密度为1.26g·cm-3。质量浓度10mg·L-1氟溶液以58mL·h-1通过滤柱，滤柱运行过程中，每小时采集出水，测定氟离子浓度，计算去除率、出水氟浓度和吸附容量。1.3检测方法材料元素含量的检测采用X-Ray荧光光谱仪（PW2403）。材料红外光谱（FI-IR分析）由傅立叶变换红外光谱仪（Avatar360E.S.P.FT-IR）分析。氟离子浓度的测定采用离子选择电极法[1]。2结果与讨论2.1红外吸收光谱原贝壳砂材