酸性溶液中利用原位施氏矿物除氟的技术和机理

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氟污染对环境和工业生产都有不利影响。其中,含高浓度氟化物的冶炼废水是造成水体氟污染的主要原因。本文根据冶炼废水含有大量Fe2+,SO42-和较低的p H值的特点,提出了一种针对性强、综合性好的利用施氏矿物除氟工艺。本文中,采用KMn O4、H2O2、Na2S2O8、Mn O2、Na Cl O氧化溶液中的Fe2+制备原位施氏矿物(Ksw、HOsw、SOsw、Msw、Clsw)。通过X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外光谱法(FTIR)和激光粒度仪对材料的晶型,形貌,官能团和粒径进行表征。结果表明,施氏矿物通过离子交换将水中的氟离子去除。在研究施氏矿物除氟性能时,Ksw、HOsw、SOsw、Msw、Clsw在30分钟内对氟污染的去除率分别达到92%,93%,92%,82%,78%。p H值对施氏矿物除氟效果影响较大,温度对其影响较小。在实际水体中,通过直接投加氧化剂制备施氏矿物能够满足水体的除氟要求。在实验条件下,Ksw对氟的去除性能总是比Msw高10%。通过X射线光电子能谱分析(XPS)和组成成分分析,我们进一步考察了锰系氧化剂制备的施氏矿物的除氟机理。在离子交换的过程中,每吸附1 mol的氟需要释放约0.70mol的氢氧根和0.30 mol的硫酸根。结果表明,Ksw除氟性能较高的原因是成分中含有更多氢氧根,而氢氧根在与氟离子的交换中起主要作用。在不同p H值时,我们考察了施氏矿物的稳定性和再生性能。结果表明,施氏矿物在p H为4至9时具有较好的稳定性能。利用p H=1.5的H2SO4和p H=12.5的Na OH能对施氏矿物成功解吸。5次吸附-解吸后,施氏矿物的吸附容量能保持原始的80%以上。本文的研究结果对开发高效除氟性能的施氏矿物具有重要的实际意义。
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