天然铝硅酸盐矿物对氟离子的吸附性能研究

卢承龙, 苟晓琴, 韩海生, 孙伟. 天然铝硅酸盐矿物对氟离子的吸附性能研究[J]. 矿产保护与利用, 2020, 40(1): 28-36. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.01.005
引用本文: 卢承龙, 苟晓琴, 韩海生, 孙伟. 天然铝硅酸盐矿物对氟离子的吸附性能研究[J]. 矿产保护与利用, 2020, 40(1): 28-36. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.01.005
LU Chenglong, GOU Xiaoqin, HAN Haisheng, SUN Wei. Adsorption of Fluoride by Natural Aluminosilicate Minerals[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2020, 40(1): 28-36. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.01.005
Citation: LU Chenglong, GOU Xiaoqin, HAN Haisheng, SUN Wei. Adsorption of Fluoride by Natural Aluminosilicate Minerals[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2020, 40(1): 28-36. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.01.005

天然铝硅酸盐矿物对氟离子的吸附性能研究

  • 基金项目:
    国家自然科学基金重点项目(51634009);国家自然科学基金青年项目(51804340)
详细信息

Adsorption of Fluoride by Natural Aluminosilicate Minerals

  • 含氟工业废水对环境和人体具有较大的危害,以三种天然铝硅酸盐矿物一水硬铝石、三水铝石以及高岭石为吸附剂,探究其对氟离子吸附的可行性并对除氟的机理进行探讨。单因素条件试验表明,高岭石对氟离子的吸附效率最高。在高岭石粒度-18 μm、用量10 g/L、pH=1.5、反应时间t=10 min、反应温度25 ℃的最佳反应条件下,氟离子去除率可达83.69%,废水中氟离子浓度由150 mg/L降低至24.47 mg/L。动力学拟合结果表明,高岭石对氟离子的去除符合准二级动力学,理论吸附容量Qe=8.0244 mg/g。吸附等温线研究表明,该反应符合Freundlich模型,属于单层吸附。FTIR、XPS等检测结果表明高岭石中的羟基脱离后与氟离子发生离子交换,并在高岭石表面生成Al-F键,从而实现含氟废水的净化。

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  • 图 1  pH值对三种铝硅酸盐矿物除氟的影响

    Figure 1. 

    图 2  天然高岭石的(a)SEM图,(b)XRD图

    Figure 2. 

    图 3  (a) 溶液pH值对氟离子去除率的影响;(b)模拟含氟废液的pC-pH图

    Figure 3. 

    图 4  高岭石用量对氟离子去除率的影响

    Figure 4. 

    图 5  高岭石粒度对氟离子去除率的影响

    Figure 5. 

    图 6  吸附时间对氟离子去除率的影响

    Figure 6. 

    图 7  高岭石准一级(a)准二级吸附动力学拟合(b)

    Figure 7. 

    图 8  高岭石吸附氟离子的(a) Langmuir、(b) Freundlich吸附等温线

    Figure 8. 

    图 9  天然高岭石及除氟渣的FTIR全谱(a),FTIR局部窄谱(b)

    Figure 9. 

    图 10  天然高岭石及除氟渣的XPS全谱(a),F1s的XPS窄谱(b)

    Figure 10. 

    图 11  Al 2p XPS图谱:(a)天然高岭石Al 2p3/2, Al 2p1/2;(b)氟离子吸附后高岭石的Al 2p

    Figure 11. 

    表 1  天然高岭石的矿物含量

    Table 1.  Mineral contents of natural kaolinite

    Mineral speciesKaoliniteQuartzDiasporeGibbsite
    content (%)81.4516.711.260.58
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    表 2  吸附动力学模型相关参数

    Table 2.  Relevant parameters of adsorption kinetic model

    Kinetic equationTemperatureParameterEquation
    QekR2
    Pseudo-first order25 ℃1.16180.11830.9038log(Qe-Qt)=0.0651-0.1183t
    Pseudo-second-order25 ℃8.02448.0450.9999$\frac{t}{{{Q_t}}}$=0.124 6t+0.01549
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    表 3  天然吸附材料对氟离子的吸附容量比较/(mg·g-1)

    Table 3.  Comparison of adsorption capacity of natural adsorption materials for fluorine ions

    Activated aluminazeoliteAnimal charcoalLigniteBentoniteRectorite
    1.2-4.50.780.95-30.120.251.0-1.75
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    表 4  Langmuir、Freundlich吸附等温线拟合吸附过程的回归参数

    Table 4.  Langmuir and Freundlich adsorption isotherms fitting regression parameters of adsorption

    Adsorption modelTemperatureParameterEquation
    nKR2
    Langmuir25 ℃16.50980.07190.9518$\frac{{{C_e}}}{{{Q_e}}}$=0.8419Ce+0.0606
    Freundlich25 ℃2.27380.40940.9688logQe=0.4398logCe-0.4094
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    表 5  天然高岭石及除氟后表面原子含量

    Table 5.  Atomic content on the surface of natural kaolinite and defluorinated residue

    Mineral speciesAtomic content of elements (%)
    AlSiF
    Natural kaolinite13.4815.490
    After fluoride adsorption13.1716.090.76
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出版历程
收稿日期:  2019-10-25
刊出日期:  2020-02-25

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