赤泥中回收铁铝制备复合氧化物吸附剂及其除氟性能研究

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氟化物是对饮用水有重要影响的少数化学物质之一。当饮用水中氟的含量在允许限度内时,其存在有益于骨骼、牙齿的健康生长和发育,而过量摄入氟化物会导致牙齿或骨骼氟中毒。根据世界卫生组织(WHO)的指导方针,饮用水中氟化物浓度上限为1.5 mg/L。中国在生活饮用水卫生标准中规定氟化物浓度不能超过1.0 mg/L。在研究的众多除氟方法中,吸附法因其有效性,易于操作和经济效益,而受到广泛关注。然而,在除氟过程中可能存在一些限制,如材料的高成本、吸附能力不高等。针对这一问题,本文利用赤泥中回收的铁铝作为主要原料制备了复合氧化物吸附剂并用于水中氟离子的去除。铁和铝作为制备吸附剂的主要原料,采用酸浸法将其从赤泥中回收。研究表明,在盐酸浓度为3 mol/L、液固比为16:1 mL/g、浸出温度为90℃、浸出时间为1.5 h的条件下,铁的浸出率为95.4%,铝的浸出率为66.7%。酸浸后赤铁矿的晶相消失,被盐酸全部浸出。利用赤泥中回收的铁铝为原料制备铁铝复合氧化物吸附剂,其制备优选条件为:Fe3+/Al3+金属摩尔比为1:1,制备过程pH值为7.5。通过对其进行表征分析可知:铁铝复合氧化物吸附剂表面粗糙且颗粒大小不一,为非晶型态,其比表面积和平均孔径分别为283.3 m2/g和2.4 nm。在铁铝复合氧化物吸附剂的基础上制备具有高吸附容量的铁铝镧除氟吸附剂,其制备优选条件为:Fe3+/Al3+/La3+金属摩尔比为2:2:1,焙烧温度为80℃。通过对其进行表征分析可知:铁铝镧复合氧化物(Fe-Al-La)吸附剂是由具有不同尺寸的无定形颗粒及其聚集体组成的非晶结构,其比表面积和平均孔径分别为371.47 m2/g和10.2 nm,有利于吸附反应的进行。静态吸附实验对Fe-Al-La吸附剂的除氟性能进行评估,结果表明Langmuir等温线吸附模型能较好的拟合Fe-Al-La吸附剂,二级动力学模型能更好的描述吸附剂的反应过程。Fe-Al-La吸附剂在较宽的pH范围(3-9)表现出高除氟能力,并且最大吸附容量为74.07mg/g。FT-IR和XPS分析表明,吸附剂上的羟基参与到了除氟过程中,铁铝镧三金属以三价形式存在并参与到除氟反应中。吸附剂去除氟化物的机理为:静电作用和离子交换。
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