活性氧化镁除氟条件的研究

活性氧化镁除氟条件的研究
吕亚娟;白林;严子春
【摘要】采用自制的活性氧化镁[XMgO·YMg(OH)2]对含氟饮用水进行除氟处理,试验表明:活化温度设定为440℃,煅烧中间产物碱式碳酸镁
[Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O]1.5h所得活性氧化镁0.3g投入100ml 5mg/L的含氟水,处理40min可使F-降至0.06mg/L;当活化温度设定430℃,保温1.5h时,0.4g 的活性氧化镁处理pH=5～8的含氟水,净化后水含氟量为0.16～0.44 mgF-/L,除氟容量为1.21～1.14 mgF-/g,pH保持在8～9,有益于人体健康;当含氟水pH=9时,除氟容量降至0.51 mgF-/g;而当含氟水pH=3～4时,不适宜用活性氧化镁除氟.当原水浓度为12.5mgF-/L时,除氟容量为2.33mgF-/g,这个值高于文献中以层析硅胶为载体,活性氧化镁为吸附质,动态除氟容量1.72mgF-/g.
【期刊名称】《甘肃高师学报》
【年(卷),期】2010(015)005
【总页数】3页(P22-24)
【关键词】降氟改水;活性氧化镁;除氟条件;除氟机理
【作者】吕亚娟;白林;严子春
【作者单位】兰州城市学院,化学与环境科学学院,甘肃兰州,730070;兰州城市学院,化学与环境科学学院,甘肃兰州,730070;兰州交通大学,环境与市政工程学院,甘肃兰州,730070
【正文语种】中文
【中图分类】O61-332
当前农村饮用水资源短缺，饮用水存在高氟、高砷、苦咸、未经处理的IV类及超
IV类地表水等水质问题[1-2]，特别是饮用水氟超标.生活饮用水中适宜的氟含量为0.5～1.0 mg/L，长期饮用氟浓度高于1.0mg/L的水会引起慢性氟中毒的一系列
病症.因饮用高氟水而引起的这些病症一般使用药物治疗无明显效果，给家庭带来
沉重负担，致使家庭贫困.地方性氟中毒是世界上普遍存在的地方病之一，尤其在
主要依赖地下水作为饮用水的农村地区较为常见[3].尽管如此，目前成本低廉、吸
附效果好、无毒、无二次污染、对人体有益的除氟吸附剂不是很多，而且大多数除氟吸附剂的研究仍处于实验室阶段.因此，本研究以自制的活性氧化镁作为饮用水
除氟吸附剂，探索对其除氟容量的影响因素，确定其最佳吸附条件，加大活性氧化镁作为饮用水除氟吸附剂的推广应用力度.本方法适用于农村偏远地区分散住户含
氟饮用水的除氟处理，将该除氟剂投入含氟水中搅动40min后，静置片刻就可达
到饮用要求.
无水乙酸钠，氟化钠，氯化钠，柠檬酸，冰醋酸，以上试剂均为分析纯.pHS-3型
精密pH计，饱和甘汞电极，PF-1型氟离子选择性电极，BS124S型电子天平（max=120g,d=0.0001g），SX2-4-10型箱式电阻炉,HY-4型调速多用振荡器. 参照《水和废水监测分析方法》第三版绘制标准曲线.
静态除氟：吸取5ml 100mg F-/L的含氟水置于100ml容量瓶中，稀释至标线，摇匀，得5mg F-/L的含氟水（同法可配制不同浓度的含氟水，如7.5mg F-/L、10mg F-/L、12.5mgF-/L；用醋酸钠调节溶液的pH值）.转入250ml碘量瓶中，投入于设定温度430℃，活化1.5小时的活性氧化镁0.4g（同法可投入于不同设
定温度，如440℃；不同质量的活性氧化镁，如0.1g、0.2g、0.3g、0.6g）.然后置 6 个样于调速多用振荡器上，中速振荡，处理一定时间（如 20、30、40、
60min）.
净化后水含氟量测定：测定前，事先预热精密pH计30min，连接好电极，校正
氟离子选择性电极的空白电位值.从静态除氟结束后的碘量瓶中吸取25ml净化水
于50ml容量瓶中，加入10mlTISAB，稀释至刻度，摇匀，注入50ml聚乙烯杯中，放入一枚搅拌子，插入氟离子选择电极和饱和甘汞电极，测量电位值.测毕，
清洗电极，并用滤纸吸去水分，接着测量下一个样.从标准曲线上查出水样中F-离
子浓度，根据（1）式计算出水样含氟量，然后根据（2）式计算出除氟容量.
式中：A为查出的含氟量（mgF-/L）,50/25为含氟水稀释倍数.
除氟容量是指单位质量的除氟剂去除水中氟的质量，除氟容量的单位采用毫克氟每克除氟剂（mg/g）.其计算公式为：
式中：W为除氟容量（mg/g），Co为除氟过程初始时溶液中的氟浓度（mg/L），Ce为除氟过程终止时溶液中的剩余氟浓度（mg/L），V为除氟剂总共处理的高氟水溶液体积（L），M为除氟剂的质量（g）
2.1.1 处理时间对处理效果的影响
表1表明，设定温度430℃、活化时间1.5h所得的活性氧化镁，当处理时间不小于40min时，活性氧化镁吸附F-达到平衡，最大除氟容量为1.21mgF-/g.在本实验条件下，含氟水处理以40min为宜.
2.1.2 不同活化时间的活化产物对除氟的影响
表2表明，同一设定温度下，当活化时间不同时，所得产物[XMgO·YMg（OH）2]的活性也不同.碱式碳酸镁在设定温度430℃，温度范围426～456℃，活化
0.5h的产物，净化后水含氟量为1.24 mgF-/L，不适宜饮用；活化时间大于1.0h 的产物，0.4g可使0.1L 5mgF-/L的原水降至1mgF-/L以下，净化后水的pH大约为8，并保持恒定，符合饮用水标准pH=6.5～8.5的要求，其中以活化1.5h的产物除氟容量较大为1.21 mgF-/g，净化后水含氟量为0.16mgF-/L.在本实验条
件下，活化时间以1.5h为宜.
2.1.3 不同活化温度下的活化产物对除氟的影响
表3表明，活化温度设定等于或高于430℃时的活化产物0.4g可使0.1L 5mgF-/L的原水处理后降至1mgF-/L以下，净化后水的pH约为8，并保持恒定，达到生活饮用水标准pH=6.5～8.5的要求，其中以活化温度设定440℃，温度范围436～466℃时的产物的除氟效果最好，0.4g XMgO·YMg（OH）2可使0.1L
5mgF-/L的原水处理后降至0.06mgF-/L，除氟容量W为1.24 mg F-/g；而当
活化温度设定小于430℃时（例如420℃时），净化后水的pH约为9，且含氟量大于1.00 mg/L，不适宜饮用.上述不同活化温度下的活化产物其除氟容量不同,其原因是：Mg5（CO3）4（OH）2·4H2O在低温时（设定温度340～420℃）欠烧，未活化或活化不彻底，所以产物无活性或活性不高；在设定温度430℃或440℃下煅烧，得到的产品结晶细小，具有较大的表面自由能，使得氧化镁的反应能力较大，即化学活性较高；温度过高时（设定温度高于440℃），过烧，产物
活性也不高，是由于提高煅烧温度，则促进再结晶过程的发生，晶体变大，结果降低了产物的化学活性.
2.1.4 pH对除氟的影响
表4表明，含氟水pH=5～8时，除氟容量为1.21～1.14 mgF-/g；当含氟水
pH=9时，除氟容量降至0.51 mgF-/g；而当含氟水pH=3～4时，不适宜用活性氧化镁除氟.即氟的吸附通常在酸性环境内，而解吸氟的作用通常在碱性环境内进行.在水溶液中，H+与F-优先生成HF，其次依次是
Li+,Na+,K+,Be2+,Mg2+,Ca2+等具有惰性气体电子构型（d0）的金属阳离子.何世舂曾分别用pH=7和pH=9的水浸提同一石灰岩，结果前者浸提液未检出氟，后者为0.095mgF-/L[4].这一试验结果也表明氟的吸附和解吸与溶液的酸碱性有关.
2.1.5 含氟水pH对净化后水pH的影响
表4表明，当含氟水pH在5～8之间时，净化后水的pH可达到生活饮用水标准
pH=6.5～8.5的范围要求.当含氟水pH=9时，净化后水的pH=10，含氟量为2.98 mg F-/L，不适宜饮用.
2.1.6 原水含氟量对除氟的影响
表5表明，随着原水含氟量的增加，除氟容量也在增加，但增加的幅度逐渐减小.可以推测，随着原水含氟量的增加，除氟容量在达到某一最大值后，反而会缓慢减小.当原水含氟量为12.5mgF-/L时，除氟容量为2.33mgF-/g，这个值高于文献[5]中以层析硅胶为载体，活性氧化镁为吸附质，动态除氟容量1.72mgF-/g，说明本试验结果比较令人满意.
2.1.7 不同活化温度下的活性氧化镁用量对除氟的影响
表6表明，设定温度440℃，活化1.5h的产物活性氧化镁[XMgO·YMg（OH）2]，当质量大于等于 0.3g 时可使 0.1L 5mgF-/L的含氟水降至0.06mgF-/L，且除氟容量在0.3g时达到最大为1.65mgF-/g；用设定温度430℃，活化1.5h的产物处理含氟水，0.4g XMgO·YMg（OH）2除氟容量为 1.21mgF-/g，净化后水含氟量为 0.16 mgF-/L，而0.3g XMgO·YMg（OH）2除氟容量较高为
1.27mgF-/g，但净化后水含氟量为1.18 mgF-/L，不适于饮用.综合考虑处理效果和运行成本，以设定温度430℃，温度范围426～456℃，活化1.5h的产物处理含氟水就可达到饮用水要求.
活化温度设定440℃，温度范围436～466℃，煅烧Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O 1.5h所得活性氧化镁除氟效果最好，综合考虑处理效果和运行成本，活化温度设定以430℃，温度范围426～456℃为宜，煅烧1.5h所得产物0.4g处理pH=5～8、0.1L 5mgF-/L的含氟水40min，除氟容量为1.21～1.14 mgF-/g，净化后水含氟量为0.16～0.44 mgF-/L，pH保持在8～9，有益于人体健康，是含氟饮用水的理想除氟吸附剂，适用于农村偏远地区分散住户含氟饮用水的除氟处理，将该除氟剂投入含氟水中搅动40min后，静置片刻就可达到饮用要求.制备除氟剂的原
料易得、价格低廉、使用操作简单，容易推广应用.
通过除氟机理的探讨，认为氟络合物是除氟的主要形式，并且在酸性环境中易发生，这一点与本研究中含氟水pH对净化后水pH的影响的试验结果相一致.
【相关文献】
[1]国务院关于推进社会主义新农村建设的若干意见（2005年12月31日）
[2]翟浩辉副部长在全国农村饮水安全工作会议上的讲话（2004年11月28日）
[3]吕维华.饮水中氟含量对人体尿氟含量的影响[J].环境与健康杂志.1997,14（3）：136.
[4]陈国阶,余大富.环境中的氟[M].北京:科学出版社.1990，1~165.
[5]崔卫华，董邦真，刘菲等.硅胶载体除氟剂的性能研究[J].化工进展.2007，26（8）：1170～1173.。