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人体长期摄取高氟饮用水能导致氟斑牙、氟骨症甚至神经的损害。常用的除氟方法有离子交换法、沉淀法、吸附法等。吸附法以实用、经济等优点在低污染的水处理中一直占据重要位置,其效果的好坏取决于吸附剂的性能。因此,研究与之匹配的廉价、高效的吸附剂是吸附法关注的热点。膨润土系天然粘土矿物原料,来源广泛,价格低廉,具有一定的吸附容量;经柱撑改性后,铝锆柱撑膨润土(Microwave aided synthesized Al-Zr Pillared Bentonite,MAZPB)的比表面积、氟离子吸附容量均增大。本文探索MAZPB的制备条件并将其应用于水中氟离子的吸附,得到的研究结果如下:
(1)影响制备MAZPB的主要因素是微波功率,其次是铝锆比,烘干时间和微波时间。最佳制备MAZPB工艺条件:铝锆摩尔比为12、烘干时间为6h、微波加热时间为2.5min、微波功率为280w。
(2)经过实验考察投加量、pH、振荡器速度、氟离子初始浓度、反应温度、时间、地下水常见阴阳离子等因素对MAZPB除氟性能的影响。水体共存阴阳离子是影响MAZPB性能的显著因素。MAZPB从酸性至碱性(pH为3.5～10)均有较好的除氟效果。高浓度的Fe3+及CO32-离子能明显抑制MAZPB对F-的吸附。吸附F-饱和的MAZPB易于解吸,以明矾溶液为再生液再生后的MAZPB的除氟率为81.93％。MAZPB处理F-浓度为8mg·L-1含氟水的吸附过程符合Lagergren二级动力学方程;MAZPB对F-的吸附等温线可以由Freundlich方程进行较好的拟合。
(3)为探索实际处理含氟水的工艺条件,采用吸附实验和吸附柱实验相结合的方法。MAZPB存在溶胀,渗透性差等缺点不利于进行动态的进行,故本实验选用海藻酸钠作为包埋剂实现MAZPB的颗粒化即凝胶球来开展研究。吸附柱实验结果表明,吸附曲线的穿透点与模拟含氟水的流速、氟离子的初始浓度、柱高等因素有关。流速越慢,凝胶球柱子越高,穿透点到达的时间越长;初始氟离子浓度越大,凝胶球吸附量越大。将凝胶球分别运用于江水、自来水模拟含氟水及南宁某温泉水中均有较好的去除效果。
研究表明MAZPB及凝胶球均有良好的除氟性能,能够有效去除含氟水中的氟离子使之达到中国生活饮用水水质标准。