铁铝复合吸附剂共除地下水中砷和氟的研究

论文摘要

地下水中砷和氟的危害,近年来在世界范围内引起广泛关注。最近研究发现,全球很多国家和地区都存在砷和氟复合污染的问题,如中国、墨西哥、阿根廷和巴基斯坦等。研究表明地下水中砷的氟的浓度之间具有相关性,相关系数高达0.84。所以,现阶段迫切的需要寻找一种技术,可以用于同步去除饮用水中的砷和氟。综合比较,吸附法是一种高效率,低成本,易操作的除砷除氟工艺。单独用于除砷或除氟的吸附剂较多,而关于同步除砷除氟的吸附剂却很少有人研究。因此开发一种新型的可以同时高效去除水中砷和氟的吸附剂成为问题的关键。考虑到活性氧化铝对氟和铁基吸附剂对砷的较强亲和力,本研究将致力于开发新型的铁铝复合吸附剂用于同步去除砷和氟。本课题对三种不同铝铁摩尔比的复合吸附剂的物理化学特性及除砷除氟性能进行了研究,并与相同实验条件下制备的纯氢氧化铁进行了比较。XRD的结果表明四种吸附剂都属于微晶无定型结构;随着铁铝复合吸附剂中铝含量的增加,比表面积是先增大后减小的,而吸附剂表面pHzpc即等电点是逐渐增大的。吸附试验的结果表明四种吸附剂对砷和氟的去除效果受pH影响很大,但铁铝复合吸附剂与氢氧化铁相比,在更大的pH范围内对砷和氟都有更好的去除;几种吸附剂中除砷除氟效果最好的是4Al1Fe复合吸附剂,在pH值6左右时,对砷和氟的Langmuir理论最大吸附容量分别可以达到71.43 mg/g和45.87 mg/g,其次是1Al1Fe和1Al4Fe吸附剂,效果最差的是氢氧化铁吸附剂,它对砷和氟的最大吸附量分别仅为27.32 mg/g和4.96 mg/g。造成这一结果的原因是吸附剂表面正电荷及羟基基团的不同,而吸附剂表面正电荷和羟基基团越多,对吸附越有利。本研究还考察了所合成的吸附剂对砷和氟的同步去除行为,发现当砷氟共存时,两者之间存在竞争吸附的现象。但砷的存在对氟的去除基本没有什么影响,而氟的存在对砷的影响很大,可以使砷的吸附量明显降低。XPS的分析结果也证明了这一点,当砷和氟吸附到复合吸附剂上时,吸附剂表面的铝元素含量明显降低。这说明与铝元素相连接的羟基基团是砷和氟的吸附活性点位,也就是说砷和氟存在共用的吸附点位,造成了以上的竞争吸附。综上所述,铁铝复合吸附剂在同步除砷除氟方面具有明显优势,表现出良好的吸附性能。并且铁和铝的氢氧化物在自然界中广泛存在,成本低廉,取用方便,因此铁铝复合吸附剂对于处理砷氟共同污染是一个绝佳的选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 砷的来源及危害
• 1.1.1 砷的来源与分布
• 1.1.2 砷在水中的存在形态
• 1.1.3 砷的毒性及危害途径
• 1.2 氟的来源与危害
• 1.2.1 氟的来源与分布
• 1.2.2 氟在水中的存在形态
• 1.2.3 氟的毒性及危害途径
• 1.3 砷和氟共存现状
• 1.4 砷和氟的去除方法
• 1.4.1 砷的去除方法
• 1.4.2 氟的去除方法
• 1.4.3 砷氟共除的方法
• 1.5 吸附的基本理论
• 1.5.1 吸附热力学
• 1.5.2 吸附动力学
• 1.6 课题研究的内容与意义
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验设备及检测方法
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 检测方法
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 铁铝复合附剂除砷实验
• 2.3.2 铁铝复合附剂除氟实验
• 第3章 铁铝复合吸附剂的制备及表征
• 3.1 铁铝复合吸附剂的制备
• 3.2 铁铝复合吸附剂的表征
• 3.2.1 扫描电子显微镜
• 3.2.2 BET比表面积分析
• 3.2.3 XRD
• 3.2.4 Zeta 电位
• 3.3 本章小结
• 第4章 铁铝复合吸附对单独存在的砷和氟去除效果的研究
• 4.1 铁铝复合吸附除砷效果的研究
• 4.1.1 pH对不同吸附剂除砷效果的影响
• 4.1.2 几种吸附剂对砷的吸附等温线
• 4.2 铁铝复合吸附除氟效果的研究
• 4.2.1 pH对不同吸附剂除氟效果的影响
• 4.2.2 几种吸附剂对氟的吸附等温线
• 4.3 本章小结
• 第5章 铁铝复合吸附剂砷氟共除性能的研究
• 5.1 pH对砷氟共除性能的影响
• 5.1.1 砷氟共存时pH对除砷性能的影响
• 5.1.2 砷氟共存时pH对除氟性能的影响
• 5.2 吸附剂浓度对砷氟共除性能的影响
• 5.2.1 砷氟共存时吸附剂浓度对除砷性能的影响
• 5.2.2 砷氟共存时吸附剂浓度对除氟性能的影响
• 5.3 砷氟竞争吸附机理探讨
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢