镁基复合材料的制备表征及其除氟砷性能研究

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水是人类赖以生存不可或缺的自然资源,但目前水环境污染问题日趋严重,尤其是水体氟和砷的污染,严重威胁着人类健康,在世界范围内引起了广泛关注。与此同时,我国盐湖蕴含着丰富的镁资源,我省盐湖镁储量位居全国首位,然而镁却没有得到充分有效的利用,不仅造成极大浪费,而且严重影响了其它盐湖资源的可持续开发和综合利用。  本文基于盐湖老卤成功制备了镁基复合材料用于水体除氟、除砷以及砷氟共除研究。通过调整材料组成以及引入稀土元素等进行改进,避免了传统含铝材料的潜在危险,并且大大提升了材料性能;采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FT-IR)、同步热分析(TG-DSC)、比表面积(BET)等对复合材料进行了详尽的组成结构和表面特性表征;并研究了其对氟和砷的吸附行为,探讨了吸附剂剂量、接触时间、pH、温度、共存离子等因素对吸附性能的影响,还进行了吸附等温线、吸附动力学、热力学以及材料循环利用研究,最后提出了可能的除氟除砷机理。实验结果如下:  (1)镁的含量对材料结构以及氟和砷的吸附性能影响显著,镧的存在极大提升砷吸附容量;适宜的热处理温度对材料结构和性能具有重要意义;获得的氟和砷的最大吸附容量分别为92.85 mg/g以及225.45mg/g。  (2)复合材料除氟以及除砷的速率非常快,在2-3小时之内就能达到吸附平衡,主要以化学吸附为主;除氟研究中,复合材料在3-11宽的pH范围始终都显示出了卓越的氟离子吸附性能,最佳初始溶液pH为7;除砷研究中,低pH对除砷有利。  (3)氟吸附过程受硫酸盐和碳酸氢根离子的影响较大,氯离子和硝酸根离子对其影响微弱;砷吸附基本不受硝酸根和氯离子影响,但硫酸根和碳酸根影响较大,并且二价离子比一价离子影响明显。  (4)氟和砷的吸附过程都符合Langmuir等温线模型;热力学研究表明吸附都是自发过程;但温度对氟和砷影响有差异,降温有利于氟吸附,升温有助于砷吸附。  (5)复合材料经过煅烧失去原有结构,在吸附了氟和砷之后,能够部分重建恢复,表明其具有“记忆效应”。  (6)材料循环利用结果表明,热处理和使用碱液处理都可以部分恢复材料吸附能力。  (7)复合材料对氟离子的吸附机理包括表面的静电相互作用,离子交换作用以及材料初始层状结构的重建;复合材料除砷机理包括表面静电作用,离子交换络合,材料初始结构重建以及沉淀反应。
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