【摘要】：氟(Fluoride)的元素符號是F,原子序數(shù)為9,是與人體健康密切相關(guān)的一種微量生命元素。人類所需的氟主要來自飲用水,人體攝入適量的氟可以促進(jìn)牙齒和骨骼的生長,但是攝入過量的氟對人體是有害的,會造成多種組織器官病變,骨質(zhì)疏松,氟中毒及甲狀腺紊亂等。在我國,高氟水分布范圍較廣,遍及了27個省、市和自治區(qū),主要以西北部和內(nèi)蒙古地區(qū)尤為嚴(yán)重。青海鹽湖富含豐富的鎂資源,然而鹽湖鎂資源開發(fā)滯后,因此充分利用鹽湖鎂資源并有效處理高氟水對保護(hù)環(huán)境和人類健康具有重要的意義。本論文制備了層狀Mg-Fe-Ce復(fù)合氧化物、磁性鎂鋁復(fù)合氧化物(Fe_3O_4@Mg-Al-O)和花狀Mg-Al-CO_3-LDH@MIL-88A等復(fù)合材料,并對材料進(jìn)行最優(yōu)化,采用X射線粉末衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)等手段對材料進(jìn)行表征分析,同時研究上述材料對水溶液中氟離子的吸附行為,考察吸附時間、溫度、溶液初始pH值和競爭離子等因素對吸附效果的影響,分析材料對氟離子的去除機(jī)理。1.采用共沉淀法制備了CeO_2/Mg-Fe-Ce-CO_3-HTlcs前驅(qū)體,制備方法簡單,經(jīng)400~oC煅燒得到Mg-Fe-Ce復(fù)合氧化物,并探究其對氟離子的吸附特性及機(jī)理。結(jié)果表明,n_(Fe3+):n_(Ce3+)=3:1時,前驅(qū)體具有較好的水滑石晶型且煅燒產(chǎn)物對氟離子的吸附效果最佳。Mg-Fe-Ce復(fù)合氧化物除氟效果受pH影響較小,最佳pH為4.0-9.0,吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Freundich等溫模型,表明吸附過程是多分子層吸附且化學(xué)吸附為速度控制步驟。XRD、FTIR和XPS的結(jié)果表明,該材料的除氟機(jī)理主要是配體交換。2.采用溶劑熱法合成粒徑均一的磁性Fe_3O_4微球,并通過共沉淀法將磁性Fe_3O_4微球負(fù)載到鎂鋁水滑石表面,經(jīng)400~oC煅燒得到磁性鎂鋁復(fù)合氧化物(Fe_3O_4@Mg-Al-O),并對其進(jìn)行XRD、FTIR、SEM和BET等表征分析。結(jié)果表明,Fe_3O_4球狀顆粒與層狀鎂鋁復(fù)合氧化物結(jié)合緊密,材料表面凹凸不平,比表面積(S_(BET)=196.238 m~2·g~(-1))較鎂鋁復(fù)合氧化物(S_(BET)=129.439 m~2·g~(-1))大。單因素實驗表明,Fe_3O_4與Mg(NO_3)_2·6H_2O的質(zhì)量比為0.02:1時,Fe_3O_4@Mg-Al-O對氟離子的吸附量最大,最適pH為4.0-9.0,且材料對氟離子的選擇性較高。Fe_3O_4@Mg-Al-O對氟離子的吸附是自發(fā)放熱的,符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Freundich等溫模型,理論最大吸附量為170.02 mg·g~(-1),且吸附主要是通過材料表面羥基(M-OH)與氟離子的交換作用進(jìn)行的。3.通過溶劑熱法制備花狀Mg-Al-CO_3-LDH,以其為支撐材料并采用水浴攪拌法合成Mg-Al-CO_3-LDH@MIL-88A。XRD、SEM和FTIR等表征手段表明,MIL-88A成功地負(fù)載到花狀Mg-Al-CO_3-LDH上,且Mg-Al-CO_3-LDH的花狀形貌保持不變。通過單因素、吸附動力學(xué)和吸附等溫線實驗探究Mg-Al-CO_3-LDH@MIL-88A對氟離子的吸附性能,結(jié)果表明在約420 min時吸附達(dá)平衡,平衡吸附量較負(fù)載前(Mg-Al-CO_3-LDH)大,吸附過程為多分子層吸附且以化學(xué)吸附為速度控制步驟。熱力學(xué)實驗表明,Mg-Al-CO_3-LDH@MIL-88A對氟離子的吸附是吸熱自發(fā)的,且較小的焓變值表明吸附過程還伴隨物理吸附。
【圖文】：

Cs/Ce(L·g-1)為吸附平衡常數(shù)， (kJ·mol-1)為標(biāo)準(zhǔn)吸附吉布斯自 (J·mol-1·K-1)為標(biāo)準(zhǔn)吸附熵變， (kJ·mol-1)為標(biāo)準(zhǔn)吸附焓變，T文溫度，R (8.314 J·mol-1·K-1)為氣體摩爾常數(shù)。 結(jié)果與討論.1 Fe/Ce 摩爾比對去除氟離子的影響保持 Mg/(Fe+Ce)摩爾比為 5/1 不變，調(diào)節(jié) Fe/Ce 摩爾比分別為 1/0，3/10/1，探討不同 Fe/Ce 摩爾比對材料吸附氟離子的影響，實驗結(jié)果如。隨著 Ce 含量的增加，Mg-Fe-Ce-O 對氟離子的吸附量先增加后降低，的 Ce 會提高材料的吸附性能，當(dāng) Fe/Ce 摩爾比為 1/3 時，吸附量最大 53.64 mg·g-1，因此 Mg-Fe-Ce-O 合成的最優(yōu) Fe/Ce 摩爾比為 1/3，F(xiàn)e/Ce 摩爾比為 20/1/3。

圖 2-3 (a) MFC13，，(b) MFC13-400 和(c) MFC13-400-F 的 FTIR 圖譜Fig.2-3 FTIR spectra of the (a) MFC13, (b) MFC13-400 and (c) MFC13-400-F描電鏡和 X 射線能譜分析(SEM-EDS) 2-4A 和圖 2-4B 分別為 MFC13 和 MFC13-400 的掃描電鏡圖，從圖FC13 為層狀形貌且表面粗糙，分布較均勻，同時 MFC13 的 EDS 元明元素 Mg，F(xiàn)e 和 Ce 分布均勻，煅燒后，MFC13-400 仍具有層狀形不均勻，這可能是因為在煅燒過程中氫氧化物轉(zhuǎn)變成了復(fù)合氧化3-400 的 EDS 能譜圖見圖 2-4B 內(nèi)插圖，從圖中可知，實際合成 MFC13，Mg/Fe/Ce 摩爾比與理論 Mg/Fe/Ce 摩爾比相一致。
【學(xué)位授予單位】：青海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU991.2;TB33;O647.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2684571