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        活性炭吸附处理含氟工业废水技术

        文章出处:未知发表时间:2022-01-08 13:19:58


         

        图片1 

         

         

          氟是人体必需的微量元素之一,饮用水中含氟的适合浓度为0.5~1.0mg/L。缺氟易患龋齿病,但长期饮用含氟量高于1.0~1.5mg/L的水时,则易患斑齿病,如水中含氟量高于4mg/L时,则可造成氟骨病等疾病。全球超越2亿人口遭受氟中毒的危害,我国是世界上中央性氟病主要高发区之一,中央性氟中毒曾经成为我国严重危害人民身体安康的中央病。我国对生活饮用水及工业废水排放中氟含量均有严厉规则。氟化物普遍存在于自然水体中,人为污染主要来自有色冶金、钢铁和铝加工等含氟工业废水的排放。

         

          目前处置含氟废水的办法主要有吸附法、反浸透法、离子交流法、沉淀法、膜过滤法、共蒸馏法、电渗析法等,其中吸附法因其工艺简单、本钱低、二次污染小等特性,在含氟废水处置中应用普遍。而活性炭具有兴旺的孔隙构造、宏大的比外表积和丰厚的外表官能团,是一种理想的吸附剂,并且遭到学者的普遍关注。本文总结了近年来我国学者在活性炭吸附处置含氟废水方面的研讨,主要包括活性炭预处置、活性炭改性、吸附效果的影响要素、活性炭再生等,并对今后的开展提出倡议。

         

          一、活性炭预处置

         

          含氟工业废水处所用活性炭的原资料来源非常普遍,有椰壳、花生壳、稻壳、竹、煤等,不同原料制得的活性炭性质略有不同,碘值在900~1200mg/g之间、选用活性炭颗粒范围在20~200目。活性炭在运用之前通常需经过预处置,以到达扩孔、去除资料中的灰分和水溶性杂质等作用。例如,王国贞等将活性炭颗粒用蒸馏水洗濯3次,再用10%HNO3浸泡12h后用去离子水清洗至中性,100℃温度下烘干备用;汤丁丁等首先将活性炭在沸水中浸泡30min,再用去离子水重复冲洗,最后在80℃条件下烘干备用。

         

          二、活性炭吸附处置含氟废水

         

          2.1 活性炭直接吸附

         

          活性炭具有兴旺的孔隙构造和活性点位,外表有大量含氧和含氮等官能团,表现出良好的吸附才能。因而,有学者将活性炭直接用于吸附处置含氟废水的研讨。张启伟等研讨了三种竹炭颗粒在不同粒径下对饮用水中氟离子的吸附才能及影响要素。程银芳运用活性炭纤维在不同条件下对氟离子实施吸附,结果标明活性炭纤维对氟的吸附速率快、处置效果较好,pH应控制在6.5左右,吸附时间为60min较为适宜。张瑞玲等应用花生壳制备而得的生物质炭吸附水中氟离子,最大吸附容量为0.82mg/g,最大去除率达82.3%

         

          2.2 活性炭改性吸附

         

          活性炭直接用于含氟废水的处置固然获得了一定的效果,但对氟离子的吸附容量和去除效率还不显著。因而,研讨者不时探究经过活性炭改性来提升其对氟离子的吸附容量和去除性能。目前,活性炭改性除氟的方向主要有铁基改性、铝基改性、镧金属改性及其他改性。

         

          2.2.1 铁基改性

         

          铁基改性活性炭主要应用铁盐和铁氧化物负载到活性炭上之后与氟离子发作离子交流和静电吸附作用,从而到达去除氟离子的作用。

         

          田大年等将预处置后的煤基活性炭用FeCl3溶液浸泡制得改性煤基活性炭,改性之后可以有效改善活性炭孔隙构造和比外表积,更好的负载铁盐,从而有效去除水中的氟离子。结果显现,改性之后的活性炭对氟离子的去除率最高达94%左右,比未经处置的活性炭提升10%。张涛等将自制生物炭先经过稀盐酸预处置进而用FeCl3溶液改性,制备了负载铁的生物炭。改性后的生物炭含氧官能团的含量明显增加,且与FeCl3之间较强的配位作用使其性能比拟稳定,氟离子饱和吸附量为4.2mg/g

         

          2.2.2 铝基改性

         

          铝基改性活性炭的吸附机理较为复杂,吸附过程可能触及到静电作用、离子交流、金属离子与氟离子络合等。

         

          王国贞等用AlCl3溶液改性煤质活性炭,使铝盐进入活性炭兴旺的孔隙内部实施负载,提升除氟活性点位。改性后的活性炭对氟离子的吸附性能大幅提升,在10mg/L的氟离子溶液中,去除效果最高可达96%。近年来,不少学者采用活性炭负载Al2O3除氟获得一定的效果。这是由于在Al2O3的构造中,第二层氧离子数量是第一层的两倍,从而使外表铝离子暴露,进而与氟离子分离到达除氟的效果。例如刘宋文制备了负载Al2O3的活性炭,将活性Al2O3负载在活性炭外表和孔隙内,其相关构造性质介于活性Al2O3和活性炭之间,对氟离子浓度为5mg/L的溶液,除氟率达90%以上。张涛经过先浸渍AlCl3溶液然后煅烧制得Al2O3改性猕猴桃枝炭。负载Al2O3后,局部羧酸根的酸性质子被阳离子所取代,吸附氟的活性点位增加,最大吸附量为17.98mg/g,在低浓度时对氟离子的去除率可达97.2%

         

          2.2.3 镧金属改性

         

          镧元素与氟离子之间具有强配位性,且选择性较高,因而研讨者近年来采用镧元素改性活性炭以提升其吸附性能。胡之阳等将预处置后的活性炭在0.05mol/L的硝酸镧溶液中振荡24h,并经过300℃焙烧2h,制得载镧活性炭资料,其吸附容量最大可达21.4mg/g,对氟离子去除效率最高可达96.6%,比未改性活性炭高80%左右。王建国制备了镧改性柚子皮生物炭,实验结果证明,负载镧后活性炭的氟吸附容量明显提升,理论最大吸附量为21.8mg/g,氟离子去除率最高达93.9%。张涛用硝酸镧改性竹炭,其对低浓度氟离子溶液的最高去除率到达98.6%,对高浓度氟离子去除率有所降落,但吸附容量最高可达29.3mg/g

         

          2.2.4 其他改性

         

          除了以上的改性办法之外,研讨者还探究了其他活性炭改性办法。如汤丁丁将Ti(Ⅳ)以氧化钛或水合羟基化合物的方式负载于颗粒活性炭外表,氟离子去除率最高到达93%,其主要机理为离子交流作用。贺志丽等经过负载MgO改性煤基活性炭,一定条件下对氟离子去除率达92.4%,吸附量为3.3mg/g。除金属改性外,有研讨者将羟基磷灰石(HAP)与活性炭共混或负载于活性炭上,除氟才能提升5.3~14倍。李春鹭运用聚吡咯负载改性活性炭,其除氟率大幅提升90.8%

         

          三、除氟效果的影响要素

         

          活性炭在吸附含氟废水过程中影响要素较多,主要有氟离子初始浓度、吸附时间、氟离子溶液pH、共存离子等。我国学者在工作中对以上要素实施了调查研讨。

         

          3.1 氟离子初始浓度

         

          氟离子初始浓度是影响活性炭吸附氟离子的重要要素之一。一定量的活性炭可以提供的吸附点位是有限的,氟离子浓渡过高会造成局部离子与活性炭不能充沛接触即随溶液排出,而氟离子浓渡过低则造成传质推进力较小、速率慢,同样不利于吸附。李艳等研讨发现,除氟率随氟离子初始浓度不时增加而呈现先增大后降低的趋向,其氟离子最佳初始浓度为14.0mg/L

         

          3.2 吸附时间

         

          研讨标明,氟离子去除率与吸附时间有很大关系,去除率随着吸附时间的延长而增加,最终到达吸附均衡。在吸附初始阶段,氟离子与活性炭外表的活性点位快速分离,以物理吸附为主。随着吸附的实施,活性炭外表位阻增大,吸附速率变缓,此时随同着物理吸附和化学吸附同时实施。吸附均衡时间与所用吸附剂资料、吸附剂颗粒大小等有关,通常40~180min之间。如刘宋文制备的负载活性氧化铝的活性炭最佳吸附时间为120min

         

          3.3 溶液pH

         

          氟离子溶液的pH是影响活性炭吸附去除氟离子一个重要要素,pH过高或过低都不利于活性炭吸附。当溶液pH过低时,氟离子主要以HF的方式存在,相应的易于被吸附的游离态氟离子就会减少,活性炭的吸附容量降低;而当溶液pH过高时,OH-离子会与氟离子产生竞争吸附,同样不利于除氟效果。

         

          文献记载活性炭吸附氟离子最佳pH范围在3~8之间,依据吸附剂基质类型和改性条件的不同而有所不同。唐思远研讨pH对载镧活性炭除氟效果的影响发现,在较低pH(4~5)值时更有利于吸附。邱会华等制备了荷叶基生物质炭吸附处置含氟废水,pH6~8时除氟效果较好。因而,在实施活性炭吸附处置含氟废水时,针对不同的活性炭选用适宜的pH范围是非常重要的。

         

          3.4 共存离子

         

          工业废水中离子成分较为复杂,某些无机离子的存在可能对活性炭吸附处置氟离子产生不利影响,从而降低除氟效率。

         

          田大年等研讨了CO32-Cl-SO42-的存在对氟离子去除效率的影响,结果标明CO32-对改性活性炭除氟影响较大,缘由是CO32-在水溶液中容易水解,使溶液碱度升高;Cl-SO42-的存在也会使除氟效率降落,但影响相对较小。He等研讨了五种阴离子对氧化镁改性活性炭除氟效果的影响发现,五种阴离的存在均会抑止氟离子的吸附,抑止效果PO43->HCO3->SO42->Cl->NO3-。而林皓等发现阴离子对羟基磷灰石/活性炭复合资料除氟的影响为CO32->PO43->NO3->Cl->SO42-,以至高浓度的Cl-略微可以促进氟离子的去除。总体来讲,CO32-PO43-HCO3-的存在会对氟离子吸附产生较大影响,这是由于这些阴离子容易水解产生OH-,而OH-与活性炭外表的活性点位有较强的亲和性,与F-产生竞争吸附。

         

          四、动态吸附

         

          活性炭实践应用于吸附净化废水时通常采用固定床连续处置,而目前活性炭吸附氟离子大局部局限于实验室静态吸附研讨,限制了其实践应用。近年来,我国学者越来越多的开端关注于采用固定床动态吸附的方式处置含氟废水。在实施固定床动态吸附时,废水流量是影响除氟效果的重要要素。林皓等研讨发现流速越快吸附速度越快,最终造成吸附剂对氟离子去除率降低。李聪研讨了固定床进水流量对吸附性能的影响发现,随着流速的增快穿透时间大幅减少,而流速过慢又降低了处置效率。因而,对应不同的固定床安装,选择适宜的流速以均衡氟离子去除率和废水的处置效率是非常重要的。

         

          五、活性炭再生

         

          活性炭吸附饱和之后其吸附性能就会大幅降低以至丧失,假如不加以处置将会形成资源糜费和二次污染,同时增加废水处置本钱。因而,高效、经济的活性炭再生办法是当前的研讨热点之一。目前,活性炭再生常用的办法有热再生法、生物再生法、化学药剂再生法、超声波再生法、Fenton试剂氧化再生法等。

         

          林皓等用不同浓度NaOH溶液对改性活性炭实施再生实验发现,一定范围内NaOH溶液浓度越高再生效果越好,这是由于高浓度的NaOH能够更彻底地与所吸附的氟离子实施交流。徐晶研讨了NaOH溶液再生、NaOH超声波再生、高纯水超声波再生等三种办法,综合比拟运用寿命、二次污染、炭损失等方面的要素发现,高纯水超声波再生法为最佳办法,其循环再生5次后氟离子去除率仍然在80%以上。

         

          六、结语与瞻望

         

          本文综述了国内活性炭吸附氟离子的研讨停顿,包括活性炭预处置、活性炭改性、除氟效果的影响要素、活性炭再生等。近年来经过我国学者的不时探究,活性炭去除氟离子研讨获得了积极停顿,但目前仍存在一些问题需求进一步处理。倡议以后从以下几个方面实施重点研讨:

         

          (1)需求进一步提升活性炭吸附容量。活性炭经过改性后,其氟吸附容量有较大幅度的提升,但是间隔推行应用还有差距,且本钱较高。因而应继续研讨开发氟吸附容量大、本钱低、对环境污染小的活性炭吸附剂。

         

          (2)在活性炭吸附净化实践废水时多采用固定床连续处置,但是目前对氟离子吸附的研讨大局部还局限于静态吸附实验,动态吸附研讨较少,缺乏相关数据支撑,不利于活性炭吸附技术在含氟废水处置中的实践应用,今后应增强动态吸附研讨。

         

          (3)探究出更好的活性炭再生办法。活性炭再生是限制吸附技术应用于实践废水处置的难题之一,一种高效、稳定的再生办法不只可以减少二次污染,延长活性炭运用寿命,还能降低处置本钱。因而,在这方面应进一步探究更好的再生办法。

         


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