赤泥活化处理及其除氟剂性能研究

以赤泥为主要原料,采用FeCl3、柠檬酸、聚硅酸等对赤泥进行活化处理,并制成粒径约3mm的球形赤泥除氟剂。采用X射线衍射(XRD)对赤泥除氟剂进行了物相分析,并研究了活化剂种类、活化剂浓度、焙烧温度等对赤泥除氟剂除氟性能的影响。结果表明:3种活化剂中,柠檬酸活化效果最好,而最佳焙烧温度与活化剂的种类有关。采用质量分数为5%的柠檬酸进行活化,焙烧温度500℃、焙烧时间2h的赤泥除氟剂除氟效果最佳,吸附率达99%以上,吸附容量为0.95mg/g,氟离子质量浓度可从19.00mg/L降低到0.07mg/L。     

活化赤泥的除氟性能

以成本低的铝工业废矿渣（赤泥）为原材料,通过高温煅烧和酸化处理对赤泥进行活化,制备了除氟吸附剂。研究了反应时间、投加量、初始氟浓度、溶液温度、共存阴离子和pH值对活化赤泥除氟效果的影响。结果表明,接触反应时间为18 h时,吸附接近平衡。活化赤泥对氟离子的吸附符合Lagergren二级吸附动力学方程。另外,初始浓度越高,吸附容量越大。与Freundlich相比,Langmuir吸附等温模型可以更好地描述氟离子的吸附特性,最大吸附量可达2.71 mg/g。SO24-、Cl-和NO3-存在时（〈1 000 mg/L）,对氟离子的吸附几乎没有影响,然而,HCO3-、PO34-和氟离子共存时,会对氟吸附造成不利影响。活化赤泥在pH值3.5～11.0时,具有较好的吸附稳定性。活化赤泥是一种吸附容量高、性能稳定的环境友好型除氟材料,具有应用潜力。     

拜耳赤泥中镓的酸法浸出及残渣的除氟

贵州铝土矿资源普遍富含镓元素,拜耳法工艺中,约70%的镓随氧化铝同时溶出,其余30%残存于赤泥中未回收直接外排,造成镓资源的严重浪费。采用酸法工艺浸出拜耳赤泥中镓金属,设计4因素3水平L_9(3~4)正交实验,考察盐酸添加量、浸出温度、浸出时间和液固比对镓浸出效果的交互影响规律,并测试了浸出残渣对含氟水处理性能。结果表明:影响镓浸出率因素的主次顺序依次为盐酸添加量、浸出温度、液固比和浸出时间;最适宜浸出条件为盐酸过量系数1.2,浸出温度70℃,浸出时间3 h,液固比8 m L·g~(-1);该条件下,镓的浸出率为94.92%,浸出溶液含Ga 3.91 mg·L~(-1);除氟实验得出最佳除氟条件为,残渣添加量25 g·L~(-1),p H=4.7,接触时间6 h,旋转速率200 r·min~(-1);室温下进行3组平行实验,平均除氟率为57.54%,表明浸出残渣具有一定的除氟性能。     

改性粘土除氟剂处理高氟地下水研究

利用自行制备的改性粘土除氟剂处理含氟量较高的配水,研究了改性粘土的优化制备条件和不同因素对其除氟效果的影响,并进行地下水原水除氟验证,最后考察了改性粘土除氟剂的再生性能.结果表明,将0.3 mol/L的Al2(SO4)3和2%(质量分数)的NaOH按1:3(质量比)混合制成改性溶液.再将改性溶液与粘土按1.0:3.0(质量比)混合后,在400℃下煅烧2 h所制得的除氟剂除氟效果最好,最高氟吸附容量可达0.216 8 mg/g;地下水出水氟质量浓度为0.807 mg/L,低于<生活饮用水卫生标准>(GB5749--2006)限值(1 mg/L);制得的改性粘土除氟剂对氟具有较好的吸附重复性,可实现多次再生.     

负载镧镁改性活性氧化铝的除氟性能

制备载镧镁改性活性氧化铝（MAA）,研究其对氟的吸附性能,采用扫描电镜SEM、X射线衍射仪XRD和等离子发射光谱仪ICP-OES对改性活性氧化铝进行表征,探讨可能的除氟机理。实验结果表明：吸附时间120 min、投加量2.0 g·L-1,pH=7,振荡频率180 r·min-1,对10 mg·L-1高氟水去除率为97.7%。与未改性活性氧化铝（AA）相比,改性活性氧化铝除氟效果提高1.0倍,最大饱和吸附量为8.56 mg·g-1。不同阴离子对除氟性能的影响力大小为：CO32- >SO42- >Cl- >NO3-。吸附剂对F-的吸附符合准二级动力学。改性活性氧化铝的吸附等温线符合Langmuir模型,该吸附反应为吸热反应,温度越高,自发程度越大。     

改性活性氧化镁的除氟效能及机制

通过静态吸附实验,研究了改性活性氧化镁的除氟效能,通过比表面积、孔容、孔径和表面元素及化合物含量分析,初步探讨了改性机制。结果表明,改性后的活性氧化镁吸附行为更符合Langmuir等温线的拟合,即吸附为单分子层吸附,饱吸附容量为88.50 mg/g,吸附平衡常数为0.3681 L/mg, 吸附速率可用拟二级动力学方程描述;改性活性氧化镁的吸附除氟效果基本不受溶液中共存的Cl-、NO3-、SO42-和HCO3-的影响,但HPO42-对改性活性氧化镁等除氟效果影响较大,尤其当其浓度大于100 mg/L时,显著降低改性活性氧化镁的吸附容量。温度升高改性活性氧化镁的吸附容量增大,在实际饮用水处理中pH基本不会影响除氟效果。改性活性氧化镁吸附除氟的最佳温度为30℃,最适pH为6~9.5。比表面积和孔容的增大可能是改性活性氧化镁吸附容量提高的主要原因之一。     

赤泥基层状金属氧化物对2种常见染料的吸附

以赤泥为原料采用焙烧还原-重构法制备层状金属氢氧化物(LDH)和层状金属氧化物(LDO),比较了赤泥、焙烧赤泥、LDO和LDH对活性黄KE-4R染料(KE-4R)、活性艳蓝染料(RBB)的吸附效果;考察了吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等因素对吸附效果的影响,并探讨了吸附机理。结果表明:LDH和LDO经XRD测定,证实其具有层状结构;4种吸附剂对KE-4R、RBB的吸附效果排序为:LDOLDH赤泥焙烧赤泥;在投加量0.3g温度30℃,吸附时间90 min时,LDO对50 mg·L~(-1)KE-4R的去除率达到91.1%;在投加量0.1g温度25℃,吸附时间60 min时,LDO对50 mg·L~(-1)RBB的去除率达到97.2%;LDO对KE-4R和RBB的吸附等温方程符合Langmuir型等温式。     

Ce-BDC衍生碳的除氟性能与机理

以Ce-BDC为原料,在空气和N₂的氛围中煅烧形成的衍生碳Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)。使用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜等表征手段 对其微观形貌结构、元素组成、官能团特征、晶型结构分别进行了表征和分析,并通过吸附拟合实验考察了Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对水中氟离子的去除性能及可能的机制。结果表明成功制备了2种衍生碳。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对氟离子的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合 Langmuir等温线模型。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)对氟离子的吸附是自发进行的,且对氟的吸附过程是放热反应。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N) 对氟离子的最大吸附容量分别为140.6 mg·g⁻¹和155.1 mg·g⁻¹。Ce-BDC-400(A)和Ce-BDC-400(N)在宽 pH (3~10)范围内具有优良而稳定的除氟性能,并在实际水体处理中显示出优异的除氟性能。     

铝盐复合改性凹凸棒石及其除氟性能

通过静态吸附实验,研究了Al2（SO4）3、AlCl3、Al（NO3）3 3种铝盐对凹凸棒石的复合改性及其除氟效果。复合改性的最优条件为Al2（SO4）3 浓度0.05 mol·L-1、浸泡时间2 h、固液比1：3,AlCl3浓度0.4 mol·L-1、浸泡时间5 h、固液比1：2,Al（NO3）3浓度0.2 mol·L-1、浸泡时间6 h、固液比1：2。复合改性的凹凸棒石吸附容量达到1.317 mg·g-1,是改性前的13.9倍,吸附容量显著提高。复合改性的凹凸棒石对水中氟的吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir等温吸附规律。吸附最佳pH为7,改性后的凹凸棒石表面更疏松粗糙,孔穴和孔道增多增大,但晶体结构未变。     

挤压法制备Fe-Al-Ce复合氧化物颗粒除氟性能及地下水处理应用

利用粘结挤压法将Fe-Al-Ce复合氧化物粉末材料制备成颗粒材料(GFAC),进行表征、静态和动态吸附除氟性能评价和现场应用.结果显示,优选GFAC颗粒直径为1.6 mm,具有较高的压缩破坏强度33.80 N和除氟性能.GFAC颗粒对氟的吸附过程符合准二级反应动力学方程,吸附速率受膜扩散和内扩散共同控制;在pH 7.0±0.2条件下,GFAC颗粒对氟的饱和吸附容量达到51.28 mg/g(25℃,Langmuir等温吸附模型).不同空间流速(SV)下动态实验出水穿透(1mg/L)时对氟的累积吸附量分别为5.69mg/g (SV=1 h-1)、5.61mg/g (SV=2h-1)、2.83 mg/g (SV=5 h-1),高于常见活性氧化铝除氟剂(AA,1.77 mg/g,SV=1 h-1)及其他报道的颗粒除氟剂.GFAC颗粒在河北现场成功用于实际高氟地下水的处理,在原水氟浓度(3.7±0.3)mg/L和pH 8.0±0.2条件下,对氟的累计吸附量为3.16 mg/g,明显高于AA(0.83mg/g),具有较好的应用前景.     

羟基磷灰石的制备及除氟性能研究

采用化学沉淀法,使用不同原料制备羟基磷灰石;研究羟基磷灰石的除氟性能及除氟机理。静态吸附试验结果表明,样品对氟离子的吸附性能良好,吸附平衡时间一般在3 h左右;随着溶液氟离子浓度的增加,平衡吸附容量不断增加,两者都没有极限值,属于弗兰德里希（Freundlich）吸附。     

赤泥-煤矸石协同还原焙烧回收Fe、Al有价元素

赤泥和煤矸石是典型的铝硅酸类固体废物,两者协同还原焙烧有助于实现其所含Fe、Al等有价元素的回收。采用热力学计算、热重分析、X射线衍射分析、电感耦合等离子体发射光谱分析等方法,考察了赤泥-煤矸石协同还原焙烧过程中,焙烧温度、焙烧时间、赤泥-煤矸石质量比对还原焙烧产物物相组成及其所含Fe、Al等有价元素回收效率的影响。结果表明,混合物料中铝硅酸盐物相和含铁物相随焙烧温度的升高呈现规律性变化,如高岭石相转变规律为,高岭石→偏高岭石;钙霞石相转变规律为,钙霞石→钙黄长石;水化石榴石相转变规律为,水化石榴石→铝酸钙;赤铁矿依次转变为,Fe₂O₃(非磁性)→Fe₃O₄(磁性)→FeO(非磁性)→Fe(磁性)。当焙烧温度为600 ℃、焙烧时间为60 min、赤泥-煤矸石质量比为7:3时,铁精矿产出率为15.6%、铁品位达55.6%、Al溶出率为73.6%。在此基础上,建立了“赤泥-煤矸石协同还原焙烧-磁选-酸浸”的工艺,可实现煤矸石、赤泥中Fe、Al等有价元素的同步回收。     

颗粒羟基氧化锆的除氟性能

以羟基氧化锆粉末为原料,制备颗粒羟基氧化锆,评价了颗粒羟基氧化锆对溶液中F-的吸附性能。结果表明:颗粒羟基氧化锆除氟过程符合Freundlich吸附等温线模型和拟二级动力学模型,F-的吸附过程包括液膜扩散和颗粒内的孔扩散;pH在3～4时,颗粒羟基氧化锆的氟吸附量达到最大值27.72 mg/g,其他范围内pH的升高或降低都会导致氟吸附量的降低;Cl-对颗粒羟基氧化锆除氟过程无明显影响,而SO24-和PO34-对颗粒羟基氧化锆除氟过程影响较大,且浓度越高影响越大;扫描电镜和X射线能谱测试结果显示颗粒内随着颗粒深度的增加,F-含量逐渐降低,F-在颗粒内部的传质过程受到阻碍,SO24-和PO34-对颗粒羟基氧化锆除氟的干扰作用主要发生在颗粒表面。     

内循环流化床吸附-膜分离工艺的饮水除氟特性

将内循环吸附与膜分离技术联合,开发一种新型饮水除氟工艺。为明确工艺特性,以模拟高氟水为实验原水,采用连续流小试装置,通过单因素实验和响应面法分析了HRT、吸附剂投加量2个重要参数对工艺除氟效能的影响规律。结果表明,HRT与活性Al2O3投加量对工艺的除氟效能均存在显著影响,在一定条件下存在最优值。响应面分析结果表明,最佳条件为：HRT=3.2 h,活性Al2O3投加量为5 g·L-1。该条件下,出水氟浓度最低可降至0.2 mg·L-1,在瞬时出水氟浓度与累积出水平均氟浓度超标前,单位活性Al2O3的处理水量分别为1.15 t·kg-1和1.36 t·kg-1;工艺运行过程中,TMP处于较低水平且增加缓慢,表明膜污染程度较小;基于吸附原理与物料平衡原理建立了工艺连续流动态数学模型,模拟得出的出水氟浓度动态变化曲线与实测结果较为一致。     

羟基磷灰石的制备及其对水中氟离子的吸附

本研究利用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)观察了共沉淀法合成羟基磷灰石(HAP)的形貌及其晶型结构,并探讨了Ca/P摩尔比、反应时间及反应温度等因素对羟基磷灰石吸附水中氟离子性能的影响。结果表明,n(Ca/P)=1.5/1、反应时间1 h、反应温度40℃、陈化时间48 h、煅烧温度200℃、煅烧时间2 h时,HAP除氟效果最佳,吸附效率和吸附容量分别达到68.8%和6.88 mg/g。实验数据Langmuir 等温模式拟合效果优于Freundlich模式,热力学参数计算可知,HAP对氟离子的吸附是自发 (ΔG0吸热 (ΔH0>0),熵增 (ΔS0 >0)的过程。HAP对氟离子的吸附符合拟二级反应动力学过程。     

羟基磷灰石除氟滤料的吸附平衡及动力学

羟基磷灰石(HAP)是一种高容量、环保型饮用水除氟材料。以氢氧化钙和磷酸为原料采用沉淀法合成了羟基磷灰石,并用红外光谱和XRD图谱进行了表征。研究了接触时间、pH值和温度等因素对羟基磷灰石吸附氟性能的影响。通过对吸附过程中的热力学动力学参数的计算来判断吸附的实质过程。研究结果表明,60 min以内吸附速率较快,在约70 min时吸附过程趋于平衡;酸性环境中的吸附效果要比在碱性环境中要好;升高温度有利于吸附的进行。吸附过程更符合Langmuir吸附模型,说明化学吸附占主导地位;吸附过程是一个自发的吸热过程,其中ΔGo<0,ΔHo为13.10 kJ/mol,Ea为15.24 kJ/mol,ΔSo为31.42 J/(mol.K);吸附过程符合拟二级动力学模型。     

焙烧态锂铝水滑石对水中氟离子吸附性能研究

采用尿素水热法合成了不同摩尔比的锂铝水滑石(Li/Al LDHs),经480℃煅烧后制备出焙烧态锂铝水滑石(Li/AlLDOs)。研究了Li/Al LDOs对水中氟离子的吸附性能,分别考察了吸附时间、吸附温度和pH等因素对吸附效果的影响,并对吸附机制进行了探讨。结果表明,Li/Al LDOs吸附水中氟离子的行为符合准二级动力学方程,吸附等温数据符合Freundlich吸附等温方程,pH对吸附效果影响较大。X射线衍射分析表明,水滑石样品经历了物相转变及重构过程,Li/Al LDOs可有效去除水体中的氟离子。     

季铵化改性木屑纤维素的制备及对氟离子的吸附研究

以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)为醚化剂,对木屑纤维素进行了季铵化改性.探讨了季铵化改性木屑纤维素用量、pH、吸附温度、氟离子初始浓度和吸附时间对氟离子静态吸附率的影响,以及流速对氟离子动态吸附率的影响.结果表明:(1)静态吸附最佳工艺条件:季铵化改性木屑纤维素用量为3.0 g/L,pH为4.0～6.0,吸附温度为25 ℃,吸附时间为120 min.在此最佳工艺条件下,季铵化改性木屑纤维素对100 mL 50.00 mg/L氟离子溶液的吸附率最高可达90.11%.(2)在pH为5.0、25 ℃的条件下,将50.00 mg/L氟离子溶液以5 mL/min的流速流经装有3.0 g/L季铵化改性木屑纤维素的吸附柱,吸附率可达97.95%.(3)季铵化改性木屑纤维素对溶液中氟离子的吸附过程为放热过程,在吸附过程中存在着化学吸附.(4)木屑来源丰富、价格价廉,季铵化改性木屑纤维素对溶液中氟离子的吸附效果好,且吸附工艺简单、易于实现工业化,具有良好的应用前景.     

载镧生物炭对水体氟离子的去除性能

以花生壳为原料、LaCl₃∙7H₂O为镧前驱体,通过一步热解法制备了载镧生物炭(La-BC),确定了最佳制备条件,考察了溶液pH、吸附时间、La-BC投加量、F⁻初始质量浓度、共存离子等因素对La-BC吸附性能的影响,评估了La-BC在真实地下水中的应用潜能。结果表明：在pH为5~8时,La-BC表现出稳定的除氟性能。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温线模型;在25 ℃和35 ℃下,La-BC的最大理论吸附容量分别为29.50 mg∙g⁻¹与33.17 mg∙g⁻¹。SO₄^2-、HCO₃⁻与CO₃²⁻ 对吸附过程存在不同程度的影响,Cl⁻、NO₃⁻和NH₄⁺影响较小。加标地下水经酸化预处理后,La-BC对工业园区地下水和农村饮用井水均表现出优异的除氟性能。La-BC上的含镧物种包括La(OH)₃、LaOCl、La(OH)₂Cl以及少量La₂(CO₃)₃和LaPO₄,其中La(OH)₂Cl为主要的除氟活性物种,F⁻主要通过静电作用和化学沉淀转化为LaF₃沉淀去除。     

酒糟生物炭负载铝对饮用水中氟的去除

以酒糟生物碳为原料,采用负载Al（OH）3改性制得生物吸附剂（CDGB）。通过静态吸附实验研究吸附剂用量、初始浓度、吸附时间、pH值和共存离子对CDGB吸附氟能力的影响。结果表明：CDGB具有非常宽的最适pH值范围,在pH值为5.0~9.0范围内CDGB均能有效地去除饮用水中的氟离子;并且在氟初始浓度为10 mg·L-1,吸附时间40 min,CDGB的添加量为2 g·L-1时氟的去除率可达90%以上,且吸附后水中氟离子含量低于1 mg·L-1,符合国家饮用水标准;溶液中常见的共存离子（硝酸根、氯离子和硫酸根）对吸附剂吸附没有显著影响;CDGB对氟离子吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和伪二级吸附动力学模型,理论饱和吸附容量为18.05 mg·g-1。