改性活性炭对饮用水中氟离子的静态吸附研究

改性活性炭对饮用水中氟离子的静态吸附研究

李艳;高美娟

【摘要】饮用水中的氟含量超标严重危害人体健康,如何有效减少饮用水中氟含量,使之达到饮用水标准显得尤为重要.通过不同浓度酸改性的粉末和颗粒活性炭制备改性活性炭,并对饮用水中F-的静态吸附进行研究,发现3mol·L-1浓度的酸改性的粉末活性炭,活化时间5h时吸附效果最佳.F-的静态吸附最佳吸附工艺:F-初始浓度14.0mg·L-1,改性活性炭投加量6g·L-1,吸附时间40min,pH值为3,并且改性活性炭吸附F-是以物理吸附为主的单分子层吸附过程.

【期刊名称】《化学工程师》

【年(卷),期】2019(000)005

【总页数】4页(P48-51)

【关键词】改性活性炭;饮用水;除氟率;静态吸附

【作者】李艳;高美娟

【作者单位】榆林职业技术学院化学工程系,陕西榆林 719000;榆林职业技术学院化学工程系,陕西榆林 719000

【正文语种】中文

【中图分类】S183

饮用水作为我们生存必不可少的要素，其质量与我们身体的健康息息相关，随着城市垃圾乱放、工业废水的乱排等原因导致饮用水中污染物不断增加，引发的地方疾

病也日益严重[1]。饮用水氟含量超标会引发人体急性、慢性氟中毒[2]，严重危害

人们身体健康，如何有效地减少、降低饮用水中氟含量具有十分重要的意义。

近年来，相关学者对饮用水中除氟方法进行了大量研究，除氟方法主要包括吸附法[3]、膜分离法[4]、电渗析法、离子交换树脂法[5]、混凝沉降法[6]与化学沉淀法[7]等，其中吸附法通过多空性物质表面吸附水中F-，是一种经济廉价、操作简单、

实用性强的方法，本文选取活性炭作为吸附剂，通过酸对其改性，静态吸附饮用水中F-，能够达到我国饮用水卫生标准。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

NaF、HCl，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；活性炭（粉末状与颗粒状天津市光复精细化工研究所）；实验用水（去离子水自制）。

HHS-2S型电热恒温水浴锅（上海予卓仪器有限公司）；CS101-E型烘箱（，深

圳市众鑫达自动化仪表有限公司）；PHSJ-3F型实验室PH计（上海仪电科学仪

器股份有限公司）；PXSJ-216型离子分析仪（上海仪电科学仪器股份有限公司）；PF-1C（201）型氟电极（上海越磁电子科技有限公司）等。

1.2 改性活性炭的制备与F-吸附实验

烧杯中加入特定浓度的HCl与一定质量的活性炭，一定温度下搅拌特定的时间，

降温、过滤，烘干、冷却、研磨备用。

通过配置不同浓度的NaF水溶液模拟饮用水，取一定体积、一定浓度的F-水溶液，加入一定质量的改性活性炭，搅拌吸附一定时间，静置1h，通过F-电极法测定滤液中F-浓度并计算F-的去除率。

F-去除率计算公式为：

式中η：F-的去除率；C0：吸附前 F-的浓度，mg·L-1；C：吸附后 F-的浓度，

mg·L-1。

1.3 水中F-含量的标准曲线

配置不同NaF的标准溶液，并通过F-电极进行测试，以电位值作为纵坐标，NaF 浓度的对数作为横坐标，得到F-含量的标准曲线，见图1。

图1 F-含量的标准曲线Fig.1 Standard curve of fluoride ion content

2 结果与讨论

2.1 不同浓度酸改性的影响

为确定不同浓度酸改性对F-吸附性能的影响，分别配置浓度为 1、2、3、4、5、6、7、8 和9 mol·L-1的HCl溶液，90℃下分别对颗粒状和粉末状活性炭进行改性4h，结果见图2。

图2 不同浓度酸改性对F-吸附性能的影响Fig.2 Effect of acid modification at different concentrations on fluoride adsorption properties

由图2可以发现，随着酸浓度的增加，除氟率增加，酸浓度达到3mol·L-1，水中除氟率趋于平衡。因此，最佳酸改性活化炭浓度最佳为3mol·L-1，而且相比于颗粒状活性炭粉，相同酸浓度下改性下粉末状活性炭除氟效果更佳。

2.2 不同活化时间的影响

为确定不同活化时间对F-吸附性能的影响，选择3mol·L-1的HCl对颗粒状和粉末状活性炭进行改性，90℃分别活化时间选择 1、2、3、4 、5、6、7、8、9、10h，结果见图 3。

图3 不同活化时间对氟离子吸附性能的影响Fig.3 Effect of different activation time on adsorption properties of fluoride ions

由图3可以发现，除氟率随着活化时间的增加而增加，当活化时间达到5h后，除氟率趋于平衡。因此，最佳的活化时间为5h，并且粉末状活性炭相比于颗粒状活性炭，相同活化时间下除氟效果更佳。

2.3 F-初始浓度的影响

为研究不同F-初始浓度对改性粉末状活性炭吸附F-的影响，量取100mL水样，

F-浓度分别为2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22 和24 mg·L-1，室

温下吸附时间30min，结果见图4。

图4 F-初始浓度对氟离子吸附性能的影响Fig.4 Effect of initial concentration of fluoride ion on adsorption performance of fluoride ion

由图4可以发现，除氟率随着初始F-浓度的不断增加呈现先增大后降低的趋势，

当F-的初始浓度达到14mg·L-1时，改性活性炭对F-的吸附效果最佳，因此，F-

初始浓度除氟为14.0mg·L-1。

2.4 改性活性炭投加量的影响

为确定改性活性炭投加量对F-吸附性能的影响，量取100mL水样，F-初始浓度

14mg·L-1，改性活性炭加入量分别为：0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0g，室温下吸附时间30min，结果见图5。

图5 改性活性炭投加量对F-吸附性能的影响Fig.5 Effect of modified activated carbon addition on adsorption properties of fluoride ions

由图5可以发现，随着改性活性炭投加量的增加，除氟率显著增加，当投加量达

到6g·L-1后，除氟率趋于平衡，所以最佳改性活性炭投加量为6g·L-1。

2.5 吸附时间的影响

为确定吸附时间对F-吸附性能的影响，量取100mL水样，F-初始浓度14mg·L-1，改性活性炭加入量 0.7g，吸附时间分别为：2、5、10、20、30、40、50、60、70和80min，结果见图6。

图6 吸附时间对F-吸附性能的影响Fig.6 Effect of adsorption time on adsorption properties of fluoride ions

由图6可以发现，随着改性活性炭吸附剂对F-吸附时间的增加，除氟率显著增加，