煅烧的水滑石同时去除水体中砷和氟

Posted 2023-01-13 溶液

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摘要：为探讨水滑石类材料对水体中氟、砷离子的同时去除效果，采用共沉淀法合成（Mg：Al=2：1）纳米类水滑石（LDHs），用傅立叶转换红外光谱、电子扫描透射电镜、X射线晶体衍射等手段对合成的材料进行了表征，并研究纳米材料在不同初始浓度、pH、吸附时间、阴离子干扰条件下其同时除砷氟性能。结果表明，煅烧后的水滑石（LDOs）对砷最大吸附量为51.02 mg/g，对氟最大吸附量为36.63 mg/g。

吸附动力学实验表明，煅烧水滑石对砷的吸附在前6 h内基本完成，对氟的吸附在前10 h内基本完成。砷氟共存溶液保持pH=4～10 及pH=6～8时，水滑石分别对砷、氟保持良好的吸附效率。对比不同阴离子对水滑石共除砷氟效率的影响，水滑石除砷速率受到阴离子影响力大小为：HPO42->CO32->NO3->Cl->SO42-；水滑石除氟速率受到阴离子影响力大小为：CO32->HPO42->SO42->Cl->NO3-。材料再生循环利用4次后，对砷和氟的吸附效率均能达到90%以上。实验结果表明，所合成的水滑石是一种优秀的能共除砷氟的吸附剂。

目前，砷氟污染广泛存在，人类现在所饮用的地下水中有很多受到砷和氟的复合污染，我国的内蒙古、山西、陕西以及巴基斯坦等地区和国家砷氟共存污染最为严重，其对人类的健康已经造成严重威胁。现阶段急需找到一种能够同时去除砷氟的方法，解决砷氟复合污染的问题。目前，同时去除水体氟砷的方法较多，RichaRDS等使用纳滤与反渗透联合方法共除水环境中砷氟；PiNON等使用混凝法共除饮用水的砷和氟；

MLiLO等对比研究铁矿镀沙（G-IOCS）、赤铁矿镀沙（H-IOCS）和骨炭共除砷氟的性能；Deｖi等通过改进家用过滤器，以碎砖块为滤料，共除饮用水中的砷氟。这些方法都能在一定程度上去除氟砷，但存在成本较高，二次污染问题。相比于以上研究，吸附法具有稳定性强，操作简单，去除效果好，无二次污染等特点，满足经济又实用的要求。

我国现有的供水方式比较分散，对解决饮用水中的重金属问题吸附法是一种合适的技术。因此，高效吸附剂的开发，成为关键所在。水滑石作为一种常用的吸附剂，已经有研究报道了其合成产物单独除砷除氟的效能。李晓靖研究发现，合成锰铁LDH对砷最大吸附容量可以达到2.26Mg/g；

杨港通过实验发现，焙烧后的类水滑石的除氟性能远远优于焙烧前的效能。但是，目前研究较多是水滑石单独除砷或除氟性能，而对同时去除砷氟的性能研究未见报道。本研究针对我国供水方式的特点，在制备纳米级水滑石吸附材料基础上，探究其去除共存氟砷性能，对开发净化砷氟复合污染饮用水技术具有重要的指导意义。

1　实验部分

1.1　化学试剂和仪器

化学试剂：九水硝酸铝（广东省化学试剂工程技术研究开发中心），六水硝酸镁（国药集团化学试剂有限公司），氢氧化钠（西陇化工股份有限公司），无水碳酸钠（台州市化工厂有限公司），五氧化二砷（湖南省水口山二厂化学试剂厂），氟化钠（上海化学试剂总厂）等试剂均为国产分析纯试剂。

仪器：电子天平（DN163，海民桥精密科学仪器有限公司），PH计（PHS-3C，上海民桥精密科学仪器有限公司），双道原子荧光光度计（AＦS-920，北京吉天仪器有限公司），离子色谱仪（戴安ICS-90，美国戴安有限公司），ICP发射光谱仪（iPtiMa８300，PeRｋiNeLMeR公司），Ｘ射线衍射仪（D/Maｘ2５00，日本理学公司），傅里叶红外光谱仪（ＦT-IR6５，珀金埃尔默仪器有限公司），透射电子显微镜（ＪEM-1230，日本电子株式会社ＪEOL公司）等。。

1.2　水滑石材料的制备

本实验采用常用的双滴定共沉淀法合成水滑石。按照N（Mg2+）：N（AL3+）＝2：1的比例称取2５.641gMg（NO3）2•6H2O（0.1MOL）和1８.7５7gAL（NO3）3•9H2O（0.0５MOL）溶于4５ML超纯水中，标号溶液①；准确称取14gNaOH0 3５MOL）和9.５4gNa2CO3（0.09MOL）溶于70ML超纯水中，标号溶液②；将溶液①迅速加入溶液②，于60℃剧烈搅拌1h后转入高压反应釜中，于100℃反应24h。

将反应产物自然冷却至室温后过滤并洗涤至溶液PH＝7，在120℃干燥24h，研磨过８0目筛，得到Mg/AL＝2：1LDHS，取出一份在4５0℃煅８h烧获得其焙烧产物（LDOS）待用。

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