水中氟離子吸附法綜述研究

金守信 許昶雯

摘? 要：我國水體污染情況日益嚴重，其中飲用水中氟離子的污染情況尤為突出，人體攝入過量氟時，將會導致身體骨骼疾病。如今水體除氟方法主要包含絮凝沉淀法、離子交換法、膜處理法和吸附法等。其中吸附法由于成本低且效果好被廣泛使用，因此本文針對飲用水中去除氟離子吸附方法，對常用吸附劑進行歸類并對比分析，并對未來發展趨勢提出進一步展望。

關鍵詞：飲用水? 氟離子? 吸附法? 水體污染

中圖分類號：X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）09（a）-0098-04

Abstract： The pollution of water bodies in China is becoming more and more serious. The pollution of fluoride ions in drinking water is particularly prominent. Excessive fluoride in the human body will cause bone diseases. Nowadays， the defluorination methods of water mainly include flocculation precipitation method， ion exchange method， membrane treatment method and adsorption method. Among them， the adsorption method is widely used because of its low cost and good effect. Therefore， this paper classifies and comparatively analyzes the commonly used adsorbents for the method of removing fluoride ions from drinking water， and proposes further prospects for future development trends.

Key Words： Drinking water; Fluoride ion; Adsorption method;Pollution of waters

地方性氟病是世界上分布范圍較廣的慢性疾病之一，我國是地方性氟病受害較重的國家之一[1]。人體攝入過量的氟時，會引發“氟骨癥”并使神經和肌肉組織受損;氟含量大于20 mg/L時則可導致骨骼變形、肢體殘廢[2]。因此如何去除氟離子成為預防飲用水型氟疾病的關鍵。本文比較系統地總結了近年來國內外含氟水處理技術的研究現狀和存在問題，指出了未來含氟水處理應重點關注的方向。

1? 含氟水處理技術對比

目前國內外常用的氟離子去除方法主要有：絮凝沉淀法、離子交換法、膜處理法和吸附法等。各方法原理和優缺點對比如表1所示。

通過對比分析，傳統水處理的吸附法具有操作簡便、高效率、選擇性強、成本低廉的特點，符合國家綠色、可持續發展要求，已經受到了廣大學者的青睞，其中如何選擇環保高效的吸附劑成為目前研究關注的重點，因此本文對去除氟離子的吸附劑進行了對比分析，并進一步提出了未來發展方向。

2? 吸附法

吸附法，主要通過將吸附劑加入反應溶液中，使物質在兩相界面中完成轉移。常用的吸附劑有氧化鋁、天然礦物、活性炭、生物基聚合物以及類水滑石等。

2.1 氧化鋁

氧化鋁通常通過加熱使其吸附性能活化，進一步提高除氟性能。Shimelis等[6]通過對未氧化鋁和活化后的氧化鋁在對氟離子的去除實驗對比中發現，當熱處理溫度低于200℃時，氟離子去除率隨活化溫度升高而增大，表明活化后的氧化鋁除氟效果更好。

之后，隨著研究的深入，學制對氧化鋁進一步改性。例如改變氧化鋁結構，在氧化鋁中添加二氧化錳[6]、氧化鎂[7]、氧化鐵[8]等。Yang等[9]研究表明400℃焙燒的有序介孔氧化鋁、850℃焙燒的有序介孔氧化鋁和無序介孔氧化鋁對氟化物吸附量的最大值可分別達到135、91和95mg/g，吸附效果高于普通的氧化鋁吸附劑。

天然礦物，如鋁土礦、赤泥和沸石等中含有氧化鋁，對其進行改性可用作除氟材料。Abdulai等[10]將鋁涂在原鋁土礦表面進行改性，結果改性后材料可將5±0.2mg/L地下水中的氟離子濃度降低到<1.5mg/L。Liang等[11]利用鹽酸，硝酸和硫酸對赤泥進行酸化，酸化后的赤泥會使得礦物質發生解離，溶解的礦物相可使得吸附劑表面吸附位點增多。

2.2 活性炭

眾所周知，活性炭是常用的吸附劑。Li等[12]針對微孔活性炭展開對氟離子的吸附研究，以其作為電極實現對氟的電吸附。微孔活性炭具有表面積比較高的特點，在電壓1.6V、流量10mL/min和電極間隙參數2mm的條件下，氟離子的最大平衡吸附容量達到16.8mg/g。

石墨和富勒烯經處理后也是較高的氟離子吸附材料[13]。Jin等[14]利用氧化鋁來改性膨脹石墨，制備了復合材料，完成對水中的氟離子的去除，結果表明：氟離子去除率達94.4%，吸附容量達1.18mg/g。Mohammad等[15]研究了多壁碳納米管和單壁碳納米管的脫氟性能，具有較好的脫氟效果。

2.3 生物基聚合物

殼聚糖是較為豐富的生物基聚合物，針對多種水中超標物質具有較好的吸附潛力[16]。Zhu等[17]制備了以鈰金屬固定交聯殼聚糖，形成一種復合生物吸附材料，在對水中氟化物的去除結果表明，常溫下，其對氟離子的吸附量高于原殼聚糖和大部分使用的吸附劑。

Wang等[18]以四價鋯來固定羧甲基纖維素鈉，從而制備了除氟的新型材料。除氟結果表明，在pH、溫度、反應時間分別為4、25℃和24h的條件下，吸附材料對含300mg/LF-溶液的最大吸附量達到47mg/g。

2.4 類水滑石

吉鴻飛[19]通過共沉淀法制備了Mg/Al和Mg/Al13兩種類水滑石，二者對氟離子的吸附效果均不好，當經500℃高溫焙燒后，吸附材料對氟離子的去除率相比未焙燒時明顯提高很多，證明焙燒后的材料結構發生變化，吸附效率提高。

Koilraj等[20]制備了鋅鉻元素之比分別為2、3和4的鋅鉻類水滑石，并利用三種類水滑石分別處理含氟廢水。結果表明：當材料中鋅鉻元素比值為3時，吸附氟離子效果最好，飽和吸附量達到31mg/g。

Ma等[21]研究了鎂-鈣鐵類水滑石的除氟性能。實驗結果表明，當吸附劑材料中鎂：鈣：鐵三種元素的摩爾比為1.25：3.75：1，投加吸附劑0.5g/L，反應溫度50℃，吸附時間12h，吸附劑對氟化物的飽和吸附容量為248.44mg/g。

3? 結語與展望

吸附劑未來會成為學者們去除氟的重點之一。在以下方面仍需要繼續加強研究：

（1）吸附劑的優化。類水滑石可以通過改性（如高溫焙燒、合成過程添加稀有金屬或生物穩定劑）改善其結構，如何實現氟離子的高效去除是值得探討的。

（2）吸附劑除氟機理的進一步探討。大量的吸附劑機理已經被挖掘，但新型的除氟吸附劑種類繁多，如金屬基吸附劑[22]，天然殼聚糖[23]、其他介孔材料[24]等，這些新型吸附劑的吸附機理仍然需要深入探索和研究，繼續豐富吸附理論。

（3）吸附劑再生研究。根據新時代的綠色節能理念和可持續發展理念，解決吸附劑與溶液的高效分離，實現吸附劑的循環使用，降低二次污染。

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