羟基磷灰石除氟的实验地球化学研究

中国和世界上许多国家（地区） 都面临着饮用水氟含量超标的问题,因此研究氟的环境地球化学行为以及探索除氟 技术和原理至关重要。本实验采用廉价的非金属矿物羟基磷灰石作为吸附材料,研究羟基磷灰石吸附溶解态F-的地球化学 行为和机制,考察反应时间、pH、初始F-浓度等环境参数对吸附反应的影响。实验结果发现羟基磷灰石对F-的吸附反应需 进行到48 h以上时才接近反应平衡。在实验条件下（pH≥4）,F-的吸附量随pH升高而降低,羟基磷灰石对F-的吸附受pH 调控。同时还发现羟基磷灰石在pH=6条件下对F-的吸附等温线既满足Langmuir等温模式（R2=0.89） 同时也满足Freundlich 等温模式（R2=0.99）,并推导出该条件的理论最大吸附量为21.6×10-3。本研究还进一步采用了先进的XRD、SEM、 HR-TEM、19F NMR手段,系统地表征了反应前后吸附产物的形态和成分变化,发现在高F-浓度条件下,F-在羟基磷灰石表 面的吸附机制不再是单层的表面配位。核磁共振的结果表明F-可部分取代羟基磷灰石结构中的隧道羟基而形成含氟羟基磷 灰石。研究结果表明羟基磷灰石是一种相当具有潜力的除氟材料,值得进一步开发。     

活性氧化铝除氟性能的试验研究

通过静态试验,研究了活性氧化铝对F-的吸附性能,分析了原水氟离子浓度、pH值、活性氧化铝的投加量和吸附时间对吸附性能的影响。研究结果表明：在原水浓度0～50mg／L范围内,活性氧化铝吸附量与原水浓度基本成线性增加的关系;活性氧化铝除氟的最佳pH值为5～7,最佳投加量为10g／L。测定了在25℃时活性氧化铝除氟的吸附等温线,并对吸附等温线进行拟合,证明其符合Langmuir吸附等温式。     

羟基磷灰石吸附水溶液中Cd~(2 )的影响因素的研究

对羟基磷灰石 (Hap)固定水溶性Cd2 的影响因素进行了较为系统的实验研究。实验表明 :去除率与Cd2 初始浓度呈负相关 ,在Cd2 初始浓度 <10mg/L时 ,与作用时间、pH值、Hap用量呈正相关 ,温度对去除率的影响较小。通过正交实验确定了最佳吸附条件 :Hap用量为 5g/L ,pH值为 6 ,作用时间 5min。     

羟基磷灰石吸附水溶液中Cd^2＋的影响因素的研究

对羟基磷灰石(Hap)固定水溶性Cd2+的影响因素进行了较为系统的实验研究.实验表明去除率与Cd2+初始浓度呈负相关,在Cd2+初始浓度<10 mg/L时,与作用时间、pH值、Hap用量呈正相关,温度对去除率的影响较小.通过正交实验确定了最佳吸附条件Hap用量为5 g/L,pH值为6,作用时间5 min.     

磷灰石结晶法降低天然水体中磷浓度Ⅰ.不同反应物对降磷效果的影响

利用矿物磷灰石低溶度积特征,以晶体磷灰石作晶胞,引入氟、钙等离子,诱使水中溶解性磷酸盐在磷灰石晶体上沉淀、结晶,使水溶液中磷浓度明显降低。探讨了钙、磷灰石、氟、氯的加入对降磷效果的影响,初步分析了生成产物的结构。实验溶液中磷初始浓度约为5 mg/L,经磷灰石结晶后,最低可降至10μg/L以下,除磷效率可达99%以上。     

方解石负载羟基磷灰石复合材料去除水中铀离子的PRB活性介质研究

铀污染地下水分布于世界多国,其危害备受关注。本文基于溶胶-凝胶法制备方解石负载羟基磷灰石复合材料(CLHC),通过静态与动态对比试验,探讨了PRB活性介质对水中铀离子的吸附机理和去除效果。试验结果表明,制备的CLHC表面被羟基磷灰石覆盖,对铀离子具有较强的吸附能力。当U的初浓度为5.0 mg/L、试验周期为2 h、溶液pH值为4、CLHC用量为0.5 g/L时,CLHC可以吸附水中所有的铀离子。CLHC对铀离子的吸附过程可以用Langmuir等温吸附模型、粒子内扩散吸附动力学模型和准二级吸附动力学模型较好地进行描述。石英砂负载羟基磷灰石与CLHC相比,后者具有更强的吸附能力,而且具有更长的使用寿命。CLHC在吸附铀的过程中没有价态变化,其对铀离子的吸附主要为离子交换的化学吸附。本研究的成果可为可渗透反应墙被应用于铀污染地下水修复提供试验依据。     

活性TiO2的制备与去除地下水中氟离子（F－)性能的研究

通过静态和动态(柱)吸附实验,探讨了活性TiO₂去除地下水中氟离子（F^－）时活性TiO₂的投加量、处理时间、酸度等影响因素。实验结果表明：在静态实验中,在50 mL,F^-浓度为10 mg/L的地下水样中,加入0.3 g活性TiO₂,处理15 min,F^-的去除率可达90%以上,且处理前后水样的pH值不变。在动态实验中,0.3 g的活性TiO₂和120 g砾石可使150 mL水样的除氟率达到90%以上。处理后均可达到饮用水的标准。     

ZH型重金属螯合纤维对水溶液中Sr2+的吸附行为

研究了ZH型重金属螯合纤维对水溶液中Sr~(2+)的吸附行为,考察了pH值、纤维加入量、Sr~(2+)初始浓度、作用时间等对吸附行为的影响,并采用SEM、EDS和FTIR等现代分析测试手段探讨了ZH型重金属螯合纤维对Sr~(2+)的吸附机制。结果表明,在pH值为7.0、纤维加入量为2.0 g/L、Sr~(2+)初始质量浓度为50 mg/L的条件下,纤维对Sr~(2+)的吸附在4 h左右基本达到平衡。实验条件下ZH型重金属螯合纤维对Sr~(2+)的最大吸附量可达26.22 mg/g。等温吸附拟合结果表明,ZH型重金属螯合纤维对Sr~(2+)的吸附可能是以单分子层为主的单分子层和多分子层吸附共同作用的结果。纤维对Sr~(2+)的动力学吸附过程符合准二级动力学模型。红外光谱分析表明Sr~(2+)与纤维上—NH_2和—COOH等基团进行配位络合从而吸附在纤维表面,—CH_2—和C=CH_2等基团参与此吸附过程。能谱分析表明Sr~(2+)与纤维上Na~+和Ca~(2+)还存在着离子交换作用。     

Cd2+在甘肃靖远坡缕石粘土上的吸附作用研究

以提纯后的甘肃靖远坡缕石粘土作吸附剂,常温下对水中Cd2 进行吸附实验,考察了吸附时间、吸附剂用量、振荡速率及pH值对吸附效果的影响,并对吸附动力学过程和吸附平衡进行了探讨.XRD和红外光谱分析结果显示,原矿在提纯后杂质石英被有效分离,得到了坡缕石含量较高的提纯样品.吸附实验结果显示,约60 min吸附反应可达平衡;pH值对吸附效果有显著影响,吸附率随pH值的升高而增加,当平衡溶液pH>8时吸附率超过99%;吸附过程与pseudo-second-order Lagergren动力学模型方程有较好的一致性,吸附平衡同时符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,由Langmuir方程得到饱和吸附量为31.65 mg/g.     

基于透钙磷石向磷灰石转化的除氟过程及其机理

磷灰石的沉淀可以影响矿物相-水相之间氟化物的分配,在饮用水除氟以及延缓土壤中氟的迁移过程中扮演着重要角色。本研究通过共沉淀法制备了磷灰石的前驱体矿物透钙磷石,并将其转化为溶解度更低的磷灰石,以研究其转化过程中矿物相的演变及对氟的固定能力,并探讨了氟的固定机理。结果表明,溶液中的氟伴随着磷灰石的沉淀由液相转移至固相中,此过程对氟的固定量高达21.8 mg/g,是羟基磷灰石对氟吸附量的2.2倍。透钙磷石转化为磷灰石的过程为溶解-沉淀过程,氟在磷灰石的生长过程中进入磷灰石的结构中。此外,透钙磷石向磷灰石的转化过程对氟的去除具有高度选择性,溶液中共存的Cl^-、CO₃^2-、NO₃^-和SO₄^2-等阴离子几乎不影响其氟去除能力。研究结果表明,通过透钙磷石-磷灰石的转化可以将氟固定到磷灰石中,从而降低氟的可迁移性和渗入地下水造成的环境风险。     

13X沸石分子筛对水中Hg2+吸附性能的实验研究

13X沸石分子筛吸附水中Hg2+的实验研究表明,13X沸石在pH值为5~6、时间为20 min、温度为20~30 ℃条件下对Hg2+ 的吸附效果最佳。在13X沸石的用量为4 g/L的条件下对原始浓度为0.2 ~100mg/L的Hg2+进行吸附,吸附量由0.035 6 mg/g增加到21.87 mg/g。13X沸石可使原始浓度为0.01 mg/L的Hg2+降至0.002 mg/L以下。饱和NaCl溶液对吸附Hg2+后的13X沸石解吸效果良好,解吸后的13X沸石循环使用4次,对Hg2+的吸附率仍未降低,表明13X沸石的重复利用效果良好。通过在洗脱Hg2+ 的解吸液中加入Na2S·9H2O,可使Hg2+形成HgS沉淀进行回收,回收率可达90%以上。实验表明,13X沸石适用于对水中低浓度Hg2+的深度净化处理。     

生物炭对磷石膏中磷的固化作用

磷石膏中的磷在雨水淋滤作用下浸出,将污染堆场附近水体。本研究采用生物炭固化磷石膏中的磷,以减少其对周遭水体的污染。主要通过模拟固化实验和对照浸出实验,分析生物炭用量、反应时间和温度、初始pH值对固化效果的影响,通过XRD、SEM-EDS分析固化后的生成物。实验结果显示,在生物炭用量为25 mg时,单位固化量达到最大值13.20 mg/g;在反应温度T=293 K、初始pH=7条件下,反应平衡时间72 h时浸出液的磷平衡浓度C_e= 1.40 mg/L;温度提升有助于提高生物炭的固化效果,当T=308 K时,浸出液的磷平衡浓度C_e=0.167 mg/L;碱性条件有利于固化反应持续进行,在pH=11条件下,浸出液的磷平衡浓度C_e=0.153 mg/L。实验结果表明生物炭对磷石膏中的磷具有明显的固化效果。磷石膏中的二水硫酸钙溶解后,Ca²⁺与表面带负电的生物炭结合,在生物炭显微结构的凹陷处,化学吸附溶液中的磷酸根生成了絮状、团簇状的羟基磷灰石(HAP)沉淀,从而使浸出磷得到有效控制。     

天然锰钾矿吸附水溶液中Hg^2＋的实验研究

利用粉碎分级的天然锰钾矿去除水溶液中Hg^2 的实验研究表明：反应平衡时间约为20小时；pH值对其吸附率影响很大，在中性（氯化物在偏碱性）条件下吸附率较高；溶液中阳离子的存在会产生竞争吸附而降低对Hg^2 的吸附量，2价金属离子较1价金属离子对Hg^2 竞争干扰明显；溶液中Cl^-的存在能明显降低对Hg^2 的吸附量。对等温吸附曲线的回归分析得出在浓度为5～350mg/L段能很好地符合Langmuir单吸附位吸附曲线，并计算出在该实验条件下其最大理论吸附量为27.6mg/g。解吸实验结果表明，在无其他电解质参与的条件下解吸量较少，受多种电解质干扰时其解吸率不超过20%。     

羟基磷灰石吸附剂去除铬黄工业废水中铅离子的研究

羟基磷灰石吸附剂对铬黄废水中Pb^2 吸附的间歇实验结果表明：当每吨废水中吸附剂用量为200～400g时，常温搅拌60min后，在弱酸性或中性废水中，铅离子质量浓度由2.74mg/L降至0.5mg/L以下，完全符合GB8978-1996工业废水排放标准1.0mg/L。     

水滑石对水溶性染料活性深蓝ST-2GLN脱色性能研究

研究了水滑石(LDH)及其焙烧产物(LDO)吸附脱除水溶液中活性深蓝ST-2GLN的性能。考察了pH值、吸附剂投加量、时间等因素对吸附的影响。结果表明:LDH及LDO对活性深蓝ST-2GLN染料具有良好的脱除效果,室温下,1 g/L的LDH和0.5 g/L的LDO对浓度为100 mg/L的染料的脱色率分别达到96.11%和98.58%。pH值是影响吸附能力的关键因素,吸附剂对溶液pH值有一定缓冲作用。LDH及LDO对活性深蓝ST-2GLN吸附结果均符合Langmuir吸附等温式。饱和吸附后的LDH用高温热解法再生,再生产物吸附性能良好,随再生次数增多,脱色率下降。     

有机改性硅藻土对甲基橙、酸性绿两种阴离子的吸附实验研究

阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵可以有效对天然硅藻土进行有机改性,获得有机改性硅藻土。有机改性硅藻土对富含甲基橙、酸性绿溶液的吸附实验研究结果表明,在相同条件下,改性硅藻土对甲基橙的吸附效果比较好,对酸性绿的吸附效果不是很理想,但也远远高于硅藻土原土对这两种阴离子的吸附效果。在室温条件下,当甲基橙溶液的浓度为20mg/L时,改性硅藻土投加量为0.2g、pH值为4、吸附时间为80min,改性硅藻土对其的吸附效果较好;在室温条件下,当染料酸性绿溶液的浓度为20mg/L时,改性硅藻土投加量为0.15g、pH值为4、吸附时间为80min,改性硅藻土对其的吸附效果较好;两种阴离子的吸附过程均符合Freundlich模型。基于n值对比分析,改性硅藻土对甲基橙的吸附属于优惠吸附,而对酸性绿的吸附属于非优惠吸附。     

高岭土吸附剂去除含锰废水中锰离子的实验研究

高岭土吸附剂处理含锰废水中锰离子的实验表明:高岭土的最佳粒度为0.177 mm,pH值控制在7.5～ 8.5间,常温搅拌30 min,吸附剂与水量比为12 g∶1 L,对锰离子质量浓度为100 mg/L的废水的处理效果最好,使锰离子质量浓度由100 mg/L降至0.1 mg/L,锰离子的去除率超过90%,达到GB8978-1996工业废水排放的一级标准.高岭土对锰离子吸附的等温吸附曲线符合Freundlich模型,其吸附机理主要是吸附作用和沉淀作用.     

出芽短梗霉吸附水体中共存r(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)重金属离子研究

利用出芽短梗霉进行吸附水体中Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)共存离子实验, Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)毒性浓度均为300 mg/L时,菌种生长良好.吸附性能实验结果表明:出芽短梗霉吸附水中Cr(Ⅵ)的最佳条件是pH值为3.0、时间为2 h、温度为30℃,吸附量为8.575 mg/g;吸附Cd(Ⅱ)的最佳条件是pH为5.0、时间为30 min、温度为30℃,吸附量为15.49 mg/g.     

出芽短梗霉吸附水体中共存Cr（Ⅵ）、Cd（Ⅱ）重金属离子研究

利用出芽短梗霉进行吸附水体中Cr（Ⅵ）、Cd（Ⅱ）共存离子实验, Cr（Ⅵ）、Cd（Ⅱ）毒性浓度均为300 mg/L时,菌种生长良好。吸附性能实验结果表明：出芽短梗霉吸附水中Cr（Ⅵ）的最佳条件是pH值为3.0、时间为2 h、温度为30℃,吸附量为8.575 mg/g;吸附Cd（Ⅱ）的最佳条件是pH为5.0、时间为30 min、温度为30℃,吸附量为15.49 mg/g。     

天然磁铁矿处理含Hg（Ⅱ）废水实验研究

利用重金属离子可在水合金属氧化物和氢氧化物矿物表面产生吸陵作用的原理，进行了天然磁铁矿处理含Hg(Ⅱ）废水的实验研究，结果表明：当温度为25℃，吸附平衡时间为60分钟、试样用量为20g/L，试样粒径为200目以下、pH值为6.40，离子强度为零时，Hg(Ⅱ）初始浓度为1.12mg/L的溶液的吸附率可达98%，使废水中Hg(Ⅱ）的浓度达到国家排放标准。pH值、离子强度、粒径、试样用量、废水浓度、温度、时间均对Hg(Ⅱ）的吸附率有一定的影响，其中pH值的影响最大，Hg(Ⅱ）在天然磁铁矿上的吸附等温曲线不同于Langmuir和Freundlich等温曲线，而是表现为台阶段，符合分级离子/配位子交换等温曲线。