6种吸附材料饮水除氟效果的比较研究_孟紫强

Abstract: Obj ective T o screen so me g oo d absor ptiv e mater ials r emov ing fluor ide fr om dr inking water . Methods Ca pacit ies abso rbing fluor ide, in drinking wa ter, of six natural and m an-made absor bents ( coke, g angue, backbone, activ ated car bon, activ ated aluminum ox ide, hy dr ox ylapatit e ) w er e compar ed. Effects o f so me factor s ( pH, quantity o f absor bent , absor bing time , reg enerating w ays ) on r emov ing fluo ride fr om drinking w ater , wer e investig ated. Results T he abo ve abso r bents all hav e cer tain ability to absor b F - and remo ve fluo ride fro m drinking w ater , and hydro x ylapat ite is the best amo ng t hem . Conclusions Gang ue coke, backbo ne car bon and hy dr ox ylapatite a re the better absor ptive mat eria ls r emov ing fluor ide fr o m dr inking w ater .
的增大会使吸附效果变差。由于 Ca10 ( P O4 ) 6 ( O H ) 2 + 2 F - Ca10 ( PO 4 ) 6 F2 + 2O H- 的 可逆 反 应 过 程 中[ 4] , pH 增大, 即[ O H- ] 的提高使平衡向逆反应方 向进行, 从而影响了羟基磷灰石的吸附效果。活性氧 化铝在 pH 7. 0 左右对 F- 吸附效果最差; 酸性或碱性
磺化处理 N aO H 处理
760℃烧 7 h 760℃烧 7 h
N aO H 处理 N aO H 处理 220℃烘 2 h
4. 4 5. 5 8. 2 6. 1 4. 5 8. 5 9. 0 9. 1 16. 4 9. 4 9. 8 9. 0 14. 2 14. 0 15. 5 18. 3 20. 1
1. 1 吸附材料 羟基磷灰石: 本室化学合成; 骨碳: 山东某骨碳厂生产; 活性氧化铝-1 和活性氧化铝-2 分别购自不同的氧化铝厂; 煤矸石和焦炭: 为天然吸 附剂, 分别取自太原西山煤矿和太原钢铁厂焦炭分 厂。 1. 2 分析方法 采用氟离子选择性电极法, 按常规 方法制定水中氟含量( mg / L ) 与电极电位值( mV ) 的 相关工作曲线, 对原水及处理后的出水氟含量进行 测定[ 11 ] 。 1. 3 实验步骤 首先用氟化钠( NaF ) 配制不同浓 度的水溶液, 然后对不同吸附材料在水溶液中的除 氟能力做静态吸附试验, 筛选吸附容量较大的材料, 并对其除氟效果与投放量、吸附时间、温度、pH 值、 氟离子浓度等关系进行分析研究, 同时对其再生方 法及再生效果也进行了初步实验分析。
6. 00±0. 41 5. 28±0. 32 4. 18±0. 31 4. 12±0. 25 4. 00±0. 11
活性氧化铝-2
9. 60±0. 23 8. 26±0. 22 7. 28±0. 31 6. 28±0. 22 6. 00±0. 11
g / kg
羟基磷灰石 21. 25±0. 16 16. 88±0. 24 14. 38±0. 18 12. 36±0. 26
9
煤矸石
0. 100～0. 300
12
活性炭
10 活性氧化铝-1 0. 3～1. 0
11 活性氧化铝-1 0. 2～0. 3
7 活性氧化铝-2 0. 2～0. 3
14 羟基磷灰石
0. 260
13 羟基磷灰石
0. 140
15 羟基磷灰石
0. 260
16 羟基磷灰石
0. 138
17 羟基磷灰石
0. 138
式和频率, 选择最小的吸附剂用量。
表 1 不同吸附材料除氟能力的比较
序
吸附材料
吸附材料直径
活性处理 F- 比吸附量
号
名称
( cm )
( g/ kg)
1
焦炭
0. 220
3
焦炭
0. 110
5
焦炭
0. 220
4
焦炭
0. 110
2
煤矸石
0. 300～1. 000
6
煤矸石
0. 100～0.Fra Baidu bibliotek300
8
煤矸石
0. 300～1. 000
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中国地方病学杂志 第 21 卷
2 结果
2. 1 不同吸附材料对氟离子( F- ) 的静态吸附能力 将不同吸附材料经不同处理后作静态吸附实验, 其对 F - 的吸附量列于表 1。从表 1 可知天然材料焦 炭和煤矸石有较强的吸附 F- 的能力, 各种吸附材料 经活化处理后, 吸附能力均有所增加, 其中羟基磷灰 石经 220℃烘 2 h 后, 对水中 F- 的吸附能力最强。 2. 2 吸附时间与吸附效果 将不同吸附材料投入 正搅拌的含氟水中, 经不同搅拌时间的吸附效果列 于表 2。从表 2 可知: 各种吸附剂的吸附量均随吸附 时间的延长而增加, 但 90 min 后, 各吸附剂的吸附 增量均趋于缓慢, 因此本研究各项实验的吸附时间 均为 90 m in。 2. 3 吸附剂投量与除氟效果 不同投量的吸附剂 与饮水除氟的结果列于表 3。从表 3 可知, 不论哪种 吸附剂, 其投量越少, 吸附越充分, 吸附效果越好。因 此, 采用吸附剂除氟时, 应在保证出水合格前提下, 结合占地面积、吸附时间、处理规模, 并结合再生方
第
21 卷 第 5 2002 年 9 月
期 Ch
ines
中国地方病学杂志 e Journ al of En demiol
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y
V
Se o l.
p. , 2002 21 N o .
5
·37 3·
6 种吸附材料饮水除氟效果的比较研究
孟紫强, 耿 红, 刘海龙
( 山西大学 环境医学与毒理学研究所, 山西 太原 030006)
表 3 吸附材料投量与除氟效果的关 系( x ± s )
骨碳
焦炭
F- 比吸附量 煤矸石
11. 28±0. 42 8. 92±0. 59 6. 73±0. 36 6. 66±0. 30 5. 51±0. 27
5. 76±0. 65 4. 48±0. 53 3. 41±0. 33 3. 39±0. 14 3. 40±0. 23
[ 收稿日期] 2001-09-10; [ 修订日期] 2002-04-19 [ 作者简介] 孟紫强( 1939-) , 男, 山西临汾人, 山西大学 环境医学与毒
理学教授, 博士 生导师, 从事地方 病学、放射生物学 及环 境医学与毒理学研究。
济条件选择适当的饮水除氟剂提供科学依据。
1 材料与方法
5. 31±0. 10 5. 66±0. 90 8. 28±1. 04 9. 16±0. 55 9. 10±6. 36 9. 01±0. 46 18. 26±0. 64
90
10. 56±1. 07 16. 32±1. 10
6. 35±0. 11 6. 31±1. 12 9. 28±1. 03 9. 17±0. 55 9. 12±0. 74 9. 09±0. 48 20. 08±0. 68
[ 摘要] 目的 筛选良好的饮水除氟材料。方法 比较了 6 种天然的和人工制造的吸附材料( 焦炭、煤矸石、 骨碳、活性碳、活性氧化铝及羟基磷灰石) 对饮水 中氟离子的吸附能力 以及 pH 值、投 料量、吸附 作用时间、再 生方 法、再生效果等因素对吸附除 氟效果的影响。结果 发现上述 6 种吸附剂均有一定的饮水除氟效果, 其中羟基磷 灰石对水中氟离子的吸附去除效果最好。结论 焦炭、骨 碳及羟基磷灰石是较为理想的饮水除氟材料。
9. 88±0. 16
2. 4 溶液 pH 值与除氟效果 含氟水溶液 pH 值对 pH 值对各种吸附剂吸附效果的影响不同。对煤矸石 2 种吸附剂除氟效果的影响列于表 4。从表 4 可知, 和焦炭, pH 值无明显影响; 而羟基磷灰石, 则 pH 值
第 5 期 孟紫强, 等 . 6 种吸附材料饮水除氟效果的比较研究 ·375·
[ 关键词] 饮水; 氟; 羟基磷灰石; 骨碳; 焦炭 [ 中图分类号] O 612. 7 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1000-4955( 2002) 04-0373-04
Comparative research on removing eff ects of six absorptive materials on fluoride f rom drinking water M ENG Zi-qiang , G EN G Hong , L IU Hai-long ( I nstitute of E nv ir onmental M edicine and T ox icology , Shanx i U nivers ity , T aiy uan 030006, China)
条件下, 其吸附能力均明显提高。 2. 5 溶液浓度与除氟效果 将 F - 浓度对 2 种吸附 剂吸附 F - 的影响总结于图 1 和图 2。从图 1 可知, 2 种吸附剂的比吸附量均与水中 F - 浓度有关, 羟基磷
30
8. 02±1. 03 14. 02±1. 04
4. 22±0. 14 5. 22±0. 66 7. 22±1. 03 8. 13±0. 51 8. 02±0. 67 8. 00±0. 55 16. 00±0. 58
不同搅拌时间( min ) F- 比吸附量
60
10. 11±1. 11 15. 28±1. 10
注: 序号 ( 1-17) 按比吸附量从小到大排列
表 2 吸附时间与吸附效果的关系( x ± s )
g / kg
编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
吸附材料
骨碳 活性炭
焦炭 煤矸石 煤矸石( 热处理) 活性氧化铝-1( 2-3m m) 活性氧化铝-1( 3-5m m) 活性氧化铝-2( 2-3m m) 羟基磷灰石
120
10. 56±1. 12 16. 77±1. 10
6. 36±0. 13 6. 32±1. 15 9. 45±1. 02 9. 19±0. 58 9. 15±0. 74 9. 12±0. 63 20. 68±0. 44
吸附材料投量( g)
0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 3. 0
Key words: drinking w ater ; fluo ride; hydro xy lapat ite; backbone carbo n; gang ue co ke
氟是地层内一种广布性元素, 具有很强的亲和 力和成矿能力[ 1] 。不同地区含氟矿物组分、自然条件 等的差异造成氟的地区性分布不均。在水中含氟量 过高的地区, 氟极大地危害着当地人民的身体健康, 是 我 国严重 的地 方病 之一[ 2] 。据统 计, 全国 约有 7 700万人饱受氟害之苦[ 3] 。近年来的研究表明, 氟 化物可引起动物和人血淋巴细胞染色体畸变, 姊妹 染色单体互换及微核形成率的增高[ 4-8] , 长期摄入含 氟量高的饮水可引起各种氟中毒症状[ 9, 10] , , 甚至与 肿瘤的发生有关。因此, 控制和消除饮水中氟的污 染, 研究经济、实用的除氟剂与除氟方法, 对防治地 方性氟病( 如氟骨症、氟斑牙等) 、改善人民身体健康 状况有重要意义。本实验对 2 种天然的和 4 种人工 制造的吸附剂饮水除氟的效果及其影响因素进行了 研究, 为地方性饮水氟中毒地区群众根据当地的经