改性活性氧化镁的除氟效能及机制_王慧玲

除氟吸附剂，吸附量约为 14 mg / g。
定溶液中剩余氟离子浓度。
为了进一步提高活性氧化镁的吸附容量，开展
初始 pH 的影响：配制 100 mL 不同 pH 的含有
了活性氧化镁的改性研究，以提高其吸附除氟性能， 20 mg / L 氟离子的溶液于具塞锥形瓶中，加入 0. 1 g
并以改性后的活性氧化镁为对象，通过静态吸附实 改性活性氧化镁，在 25℃ 下 200 r / min 振荡 5 h，测
壤情况以及温度、pH 等因素［2］。研究表明，高氟水
基金项目： 国家“863”高技术研究发展计划项目（2012AA062605） 收稿日期： 2014 － 03 － 28； 修订日期： 2014 － 04 － 17 作者简介： 王慧玲（1987—） ，女，硕士研究生，主要从事环境影响评
价的研究工作。E-mail：huilingwhl@ 163． com * 通讯联系人，E-mail：xuedel@ ahau． edu． cn
当超过这个浓度时则容易出现氟斑牙、氟骨病、甚至 后的活性氧化镁及 100 mL 含有不同浓度氟离子的
神经和心脏疾病等其他疾病［3-5］。因此，高氟水必 模拟水样，在 25℃ 下 200 r / min 振荡，于不同时间测
须要经过除氟后方可作为饮用水。
定溶液中剩余的氟离子浓度，根据吸附前后氟离子
饮用水除氟的方法有很多，包括吸附法、化学沉 的浓度差值计算氟的吸附量。
摘 要 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－ 、SO24 － 和 HCO3－ 的影响，但 HPO24 － 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。
少、除氟效率高、运行费用低等优点，在国内外饮用 25℃ 下 200 r / min 振荡 5 h，分别测定溶液中剩余的
水除氟工艺中得到广泛的应用。目前常用的吸附剂 氟离子浓度，根据吸附前后氟离子的浓度差值计算 有活性氧化铝，改性粘土等［11］。由于活性氧化铝本 氟的吸附量。
身吸附容量有限且吸附过程中存在铝离子溶出的问 1． 4． 3 影响改性活性氧化镁吸附量的因素
淀法、吸附与离子交换法及电凝聚法、电渗析法和反 1． 4． 2 吸附等温线
渗透法等［6-9］。然而，沉淀法、电渗析法和反渗透法
在具塞锥形瓶中分别加入 0. 1 g 未改性和改性
存在处理成本高、操作条件复杂、产生二次污染物等 后的活性氧化镁及 100 mL 含有 2、5、10、20、50、80、 缺点［10］，相比之下，吸附法因工艺简单、设备投资 100、120、150 和 200 mg / L 氟 离 子 的 模 拟 水 样，在
搅拌器（78-1 型，国华电器有限公司） ，恒温培养振 1800X 射线荧光光谱仪进行分析。
荡器（ ZWY-2102C 型，上海智诚分析仪器制造有限
2 结果与分析
公司） ，电子天平（ AL104 型，梅特勒） ，箱式电阻炉
（ SX2 系列，南通金石实验仪器有限公司） 全自动比 2． 1 吸附动力学
表面 积 和 孔 隙 分 析 仪 （ Tristar Ⅱ 3020 M 型，美 国
验，研究其吸附除氟特性及影响因素，探讨其可能的 定溶液中剩余氟离子浓度。
机制。
阴离子的影响：配制含有 20 mg / L 氟离子及不
1 材料与方法
同浓度的单一阴离子的溶液，加入 0. 1 g 改性活性 氧化镁，在 25℃ 下 200 r / min 振荡 5 h，测定溶液中
1． 1 实验材料
剩余氟离子浓度。
Wang Huiling1 Zhang Yanyan1 Xu Wei1 Hua Rimao1，2 Li Xuede1，2
（1. School of Resource and Environment，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China； 2. Scientific Observing and Experimental Station of Agri-Environment，Ministry of Agriculture，Hefei 230036，China）
Abstract Fluoride removal efficiency of the activated magnesium oxide was studied by using adsorption experiment，and the modified mechanism of the activated magnesium oxide was discussed by determination of specific surface area，pore volume，pore diameter，the elements and compounds contents on the surface of active magnesium oxide． The results indicated that the adsorption isotherms of modified magnesium oxide were fitted with the Langmuir adsorption model，that was adsorption of monolayer adsorption． The saturated adsorption capacity was 88. 50 mg / g，the adsorption equilibrium constant was 0. 3681 L / mg，The adsorption of fluoride was followed pseudo-second-order kinetics． Fluoride removal efficiency of modified magnesium oxide was not influenced by Cl － ，NO3－ ，SO24 － and HCO3－ ，and was influenced by HPO24 － ，the adsorption capacity of the modified activated magnesium oxide was reduced significantly when the concentration of HPO24 － was higher than 100 mg / L． The adsorption capacity of modified activated magnesium oxide increased with the increasing of solution temperature． The pH of drinking water had less effect on the fluoride removal． The experiment suggested that the optimum temperature and pH were 30℃ and 6 ～ 9. 5，respectively． The increasing of specific surface area and pore volume may be one of the main reasons for the improvement of the adsorption capacity of activated magnesium oxide．
Key words modified activated magnesium oxide； fluoride removal efficiency； influencing factors； mechanism analysis
氟（F） 是自然界中非常活泼的一种非金属元 素。在构成地壳的各种元素中居第 13 位，占地壳总 量的 0. 077%［1］。矿石中氟化物的含量范围为 80 ～ 4 700 mg / kg，土壤中的含量从痕量到 7 070 mg / kg 不等，平均浓度为 200 ～ 300 mg / kg，地下水中不同 程度地含有氟离子，取决于地下水所流经的矿石、土
上。同时发现，在 10 ～ 50 mg / L 初始氟离子浓度范
围内，初始浓度对改性前后的活性氧化镁的吸附平
衡时间几乎无影响。分别利用拟一级、拟二级动力
学方程对动力学数据进行拟合，拟合得到的模型参
数见表 1。
由表 1 相关系数的对比可见，二级动力学模型
超纯水。
吸附剂的 BET 比表面积和孔径分布利用 Tristar
1． 3 实验仪器
Ⅱ 3020 M 全自动比表面积和孔隙分析仪，通过液
电热鼓风干燥箱（ DHG-9140A 型，上海一恒科 氮温度下的氮吸附-脱附方法测定。
技有限公司） ，pH 计（ FE20 型，梅特勒） ，磁力加热
活性氧化镁改性前后主要元素组成利用 XRF-
不同初始氟浓度下，活性氧化镁、改性活性氧化
Micromeritics） ，X 射线荧光光谱仪（ XRF-1800 型，日 镁的吸附速率曲线如图 1 所示。
本岛津公司） 。
第5 期
王慧玲等：改性活性氧化镁的除氟效能及机制
2127
活性氧化镁对氟离子的吸附速率明显比改性前快，