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[摘 要]本论文通过对市场上常见的两种不同目数的活性炭材料（分别为：A#5～10目；B#10～20目）进行氟离子的吸附性能研究，分别研究了活性炭的目数大小和吸附时间对吸附结果的影响。两种材料的比表面积和孔径分别为：A#活性炭比表面积为25.168m2/g，平均孔径为4.027nm；B#活性炭比表面积为280.976m2/g，平均孔径为2.497nm。
[关键词]活性炭；氟离子；吸附
中图分类号：TS27 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0382-01
随着改革开放，国家经济迅速腾飞，我国的经济实力得到了长足的发展，人民的生活水平得到了明显的提高，但随着现代化工业生产模式的大规模无规划铺展，虽然带来了巨大的经济利益，但是同时我们在环境方面付出了沉重的代价，工业废水乱排乱放、农村滥用农药喷洒、城市垃圾等现象缺乏有效的管理手段，由此引起的严重后果已渐渐的对人们的生活产生了影响。其中对淡水资源的污染尤为突出，河流因人为的原因造成的严重污染，使可利用的淡水资源急速短缺，环境污染问题日益严重。我国各地的水源中一般都能检出百余种有机污染物，其中常含有“三致物”。其中氟污染在我国影响范围较大，受影响人数较多的一种污染。
氟是人类必须的微量元素，是一种非金属化学元素，化学性质非常活泼，几乎不能单独存在，人体摄入微量的氟，有利于钙和磷的吸收及在骨骼中沉积，可加速骨骼的形成，增加骨骼的硬度，但过量的氟，也会对人体造成危害，根据国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），在饮用水体中，当氟含量大于1.0mg/L时，称为氟超标，也称高氟水。长期饮用高氟水很容易引起氟中毒。综上所述，降低环境和人体中的氟含量成为了越来越突出的社会问题，氟离子传统上有沉淀法、电渗析法、吸附法等。
1 化学沉淀法原理
化学沉淀法主要用在高浓度的含氟废水处理，一般多数使用往氟废水里添加钙盐的方法，即石灰沉淀法，钙离子和氟离子沉淀反应氟化钙，以达到去除废水中的氟的目的。
2 电渗析法除氟原理
电渗析交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。因为阳膜只允许阳离子通过而留下阴离子；阴离子膜则只允许阴离子通过。氟离子在水中定向移动到一些小室内，从而使水得到净化。
3 吸附法
将装有活性氧化铝，活性炭等吸附剂的装备放进含氟的废水中，氟离子在固体介质中进行特殊或传统的离子交换或化学反应，这种叫做吸附法。为了保证吸附效果，废水的pH值不应太高，一般控制在5～5.5左右，另外吸附时应控制吸附温度。一般用于低浓度的含氟废水处理的方法中，效果非常显著。由于较低的成本，处理效果好，现在已经成为含氟废水处理的一种重要的方法。本文介绍的是活性炭吸附法。
4 实验器材
氟离子选择电极；饱和甘汞电极；酸度计；恒温磁力搅拌器；实验所用水均为去离子水。
活性炭选用了鸿生散装活性炭【A#5～10目；B#10～20目】。
5 活性炭预处理
分别取三种不同的活性炭40g置于分别装有20ml浓度为1%的硝酸溶液的烧杯中，再把烧杯置于磁力搅拌器中搅拌4小时，取出，静置4小时。然后用去离子水清洗至PH5～6左右。将清洗完的活性炭放入烘箱110℃下烘干，备用。
6 测定方法
活性炭对氟离子吸附能力测定步骤：清洗氟离子选择性电极，使电位接近空白值350mV，分别取出水样50ml转移至100ml容量瓶，分别添加10mlTISAB，用去离子水定容，摇匀，标号一（1）、二（1））。把氟离子选择性电极、饱和甘汞电极同时插入一（1）中，在恒温磁力搅拌器中保持20℃、中速搅拌下，待数值不再变化，记录数据，吸干电极上的水珠后，平行测定两次。时间对不同活性炭材料吸附性能的影响：清洗电极至空白电位350mV左右，按倒序排好试样。分别从A1到A8；B1到B8中取出50ml试剂至塑料杯，标记。测试顺序按标号倒序测试，将1.8放置在恒温磁力搅拌器中，20℃、中速搅拌，把氟离子选择性电极和饱和甘汞电极插入，待数值不变后记录，吸干选择电极的试剂水珠，平行测定两次。
7 注意事项
7.1 检测前应注意检查参比电极，确保无裂痕、接线良好，内充液灌满至注入孔，没有气泡。管内为饱和氯化钾溶液，并保持氯化钾溶液液面高于管内汞球体，并有少量氯化钾晶体析出。
7.2 由于电极有“记忆效应”，在测高含氟量的样品后，一定要将氟电极洗至要求的空白电位。
7.3 在测量过程中应注意氟离子选择性电极单晶膜上有没有附着气泡，以免干扰读数。
8 结果与讨论
A#活性炭是5～10目活性炭，目數最小，从图1可以看出从0～3小时活性炭有很高的吸附速率，3～4小时浓度为12～13μg/ml时出现明显的转折，活性炭吸脱附开始到达平衡，在8小时活性炭到达吸脱附平衡，最终溶液中氟离子浓度为11.514μg/ml，吸附量为3965μg/g，与不同目数活性炭对氟离子吸附能力测定结果相似。
B#活性炭是10～20目活性炭，目数较小，从图2可以看出从0～3小时活性炭有很高的吸附速率，3～4小时浓度为10～11μg/ml时出现明显的转折，活性炭吸脱附开始到达平衡，在8小时活性炭到达吸脱附平衡，最终溶液中氟离子浓度为9.35μg/ml，吸附量为4142μg/g，与不同目数活性炭对氟离子吸附能力测定结果相似。
结果表明：两种活性炭材料在对氟离子浓度为50μg/ml的溶液进行了24小时的吸附后，氟离子在三种活性炭材料上的吸附、解吸达到平衡状态，且活性炭的目数越大，对氟离子的吸附量越大，达到4160μg/g（A#的吸附量3860μg/g，B#4069μg/g，）。两种活性炭材料对浓度为50μg/ml的氟离子溶液的吸附动力学行为相似，在初始的3小时内，溶液中氟离子浓度迅速降低，3小时后，氟离子的浓度变化趋于平缓，随着时间的延长，溶液中氟离子浓度不再变化，吸附解吸达到平衡。
对两种材料进行氟离子的吸附性能研究，结果表明：两种活性炭材料在对氟离子浓度为50μg/ml的溶液进行了24小时的吸附后，氟离子在两种活性炭材料上的吸附、解吸达到平衡状态，且活性炭的目数越大，对氟离子的吸附量越大，達到4160μg/g（A#的吸附量3860μg/g，B#4069μg/g）。均能有效去除水中氟离子，达到标准。
经研究表明活性炭具有微小的孔径结构和致密有序的孔道分布，能有效去除水中氟离子，是一种适应于高氟地下水地区使用的饮用水除氟吸附剂，且不存在安全隐患，成本低廉，有望为净水设备材料的选择提供参考。
[关键词]活性炭；氟离子；吸附
中图分类号：TS27 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0382-01
随着改革开放，国家经济迅速腾飞，我国的经济实力得到了长足的发展，人民的生活水平得到了明显的提高，但随着现代化工业生产模式的大规模无规划铺展，虽然带来了巨大的经济利益，但是同时我们在环境方面付出了沉重的代价，工业废水乱排乱放、农村滥用农药喷洒、城市垃圾等现象缺乏有效的管理手段，由此引起的严重后果已渐渐的对人们的生活产生了影响。其中对淡水资源的污染尤为突出，河流因人为的原因造成的严重污染，使可利用的淡水资源急速短缺，环境污染问题日益严重。我国各地的水源中一般都能检出百余种有机污染物，其中常含有“三致物”。其中氟污染在我国影响范围较大，受影响人数较多的一种污染。
氟是人类必须的微量元素，是一种非金属化学元素，化学性质非常活泼，几乎不能单独存在，人体摄入微量的氟，有利于钙和磷的吸收及在骨骼中沉积，可加速骨骼的形成，增加骨骼的硬度，但过量的氟，也会对人体造成危害，根据国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），在饮用水体中，当氟含量大于1.0mg/L时，称为氟超标，也称高氟水。长期饮用高氟水很容易引起氟中毒。综上所述，降低环境和人体中的氟含量成为了越来越突出的社会问题，氟离子传统上有沉淀法、电渗析法、吸附法等。
1 化学沉淀法原理
化学沉淀法主要用在高浓度的含氟废水处理，一般多数使用往氟废水里添加钙盐的方法，即石灰沉淀法，钙离子和氟离子沉淀反应氟化钙，以达到去除废水中的氟的目的。
2 电渗析法除氟原理
电渗析交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。因为阳膜只允许阳离子通过而留下阴离子；阴离子膜则只允许阴离子通过。氟离子在水中定向移动到一些小室内，从而使水得到净化。
3 吸附法
将装有活性氧化铝，活性炭等吸附剂的装备放进含氟的废水中，氟离子在固体介质中进行特殊或传统的离子交换或化学反应，这种叫做吸附法。为了保证吸附效果，废水的pH值不应太高，一般控制在5～5.5左右，另外吸附时应控制吸附温度。一般用于低浓度的含氟废水处理的方法中，效果非常显著。由于较低的成本，处理效果好，现在已经成为含氟废水处理的一种重要的方法。本文介绍的是活性炭吸附法。
4 实验器材
氟离子选择电极；饱和甘汞电极；酸度计；恒温磁力搅拌器；实验所用水均为去离子水。
活性炭选用了鸿生散装活性炭【A#5～10目；B#10～20目】。
5 活性炭预处理
分别取三种不同的活性炭40g置于分别装有20ml浓度为1%的硝酸溶液的烧杯中，再把烧杯置于磁力搅拌器中搅拌4小时，取出，静置4小时。然后用去离子水清洗至PH5～6左右。将清洗完的活性炭放入烘箱110℃下烘干，备用。
6 测定方法
活性炭对氟离子吸附能力测定步骤：清洗氟离子选择性电极，使电位接近空白值350mV，分别取出水样50ml转移至100ml容量瓶，分别添加10mlTISAB，用去离子水定容，摇匀，标号一（1）、二（1））。把氟离子选择性电极、饱和甘汞电极同时插入一（1）中，在恒温磁力搅拌器中保持20℃、中速搅拌下，待数值不再变化，记录数据，吸干电极上的水珠后，平行测定两次。时间对不同活性炭材料吸附性能的影响：清洗电极至空白电位350mV左右，按倒序排好试样。分别从A1到A8；B1到B8中取出50ml试剂至塑料杯，标记。测试顺序按标号倒序测试，将1.8放置在恒温磁力搅拌器中，20℃、中速搅拌，把氟离子选择性电极和饱和甘汞电极插入，待数值不变后记录，吸干选择电极的试剂水珠，平行测定两次。
7 注意事项
7.1 检测前应注意检查参比电极，确保无裂痕、接线良好，内充液灌满至注入孔，没有气泡。管内为饱和氯化钾溶液，并保持氯化钾溶液液面高于管内汞球体，并有少量氯化钾晶体析出。
7.2 由于电极有“记忆效应”，在测高含氟量的样品后，一定要将氟电极洗至要求的空白电位。
7.3 在测量过程中应注意氟离子选择性电极单晶膜上有没有附着气泡，以免干扰读数。
8 结果与讨论
A#活性炭是5～10目活性炭，目數最小，从图1可以看出从0～3小时活性炭有很高的吸附速率，3～4小时浓度为12～13μg/ml时出现明显的转折，活性炭吸脱附开始到达平衡，在8小时活性炭到达吸脱附平衡，最终溶液中氟离子浓度为11.514μg/ml，吸附量为3965μg/g，与不同目数活性炭对氟离子吸附能力测定结果相似。
B#活性炭是10～20目活性炭，目数较小，从图2可以看出从0～3小时活性炭有很高的吸附速率，3～4小时浓度为10～11μg/ml时出现明显的转折，活性炭吸脱附开始到达平衡，在8小时活性炭到达吸脱附平衡，最终溶液中氟离子浓度为9.35μg/ml，吸附量为4142μg/g，与不同目数活性炭对氟离子吸附能力测定结果相似。
结果表明：两种活性炭材料在对氟离子浓度为50μg/ml的溶液进行了24小时的吸附后，氟离子在三种活性炭材料上的吸附、解吸达到平衡状态，且活性炭的目数越大，对氟离子的吸附量越大，达到4160μg/g（A#的吸附量3860μg/g，B#4069μg/g，）。两种活性炭材料对浓度为50μg/ml的氟离子溶液的吸附动力学行为相似，在初始的3小时内，溶液中氟离子浓度迅速降低，3小时后，氟离子的浓度变化趋于平缓，随着时间的延长，溶液中氟离子浓度不再变化，吸附解吸达到平衡。
对两种材料进行氟离子的吸附性能研究，结果表明：两种活性炭材料在对氟离子浓度为50μg/ml的溶液进行了24小时的吸附后，氟离子在两种活性炭材料上的吸附、解吸达到平衡状态，且活性炭的目数越大，对氟离子的吸附量越大，達到4160μg/g（A#的吸附量3860μg/g，B#4069μg/g）。均能有效去除水中氟离子，达到标准。
经研究表明活性炭具有微小的孔径结构和致密有序的孔道分布，能有效去除水中氟离子，是一种适应于高氟地下水地区使用的饮用水除氟吸附剂，且不存在安全隐患，成本低廉，有望为净水设备材料的选择提供参考。