本文選題：鈦　切入點：鈰　出處：《廣東藥科大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：飲用水中的氟離子對于人類健康來說具有兩面性:氟為人體提供必需的微量元素,攝入適量的氟可有效地預防齲齒;另一方面,氟是親骨性元素,人體攝入量過多時,它會影響的鈣、磷代謝,并且會引起機體的物質代謝和生理功能發(fā)生障礙。長期飲用高氟水會導致氟斑牙、氟骨癥等病癥。我國29個省、自治區(qū)、直轄市存在由飲水所致氟中毒,病區(qū)人口7200萬,主要分布在東北、華北和西北地區(qū)。廣東省多個地區(qū)是高氟水地區(qū),共發(fā)現(xiàn)了448個水型氟病區(qū)自然村,廣大的農村地區(qū)居民分散,難于集中供水。氟中毒地方病無特效藥物治療,根本的預防措施是用低氟飲用水替換高氟水以減少氟的攝入量。選用吸附劑除氟可有效降低氟濃度,目前利用殼聚糖制備吸附劑受到了廣泛的關注與研究。殼聚糖有良好的生物相容性、生物可降解性、無毒副作用,被美國環(huán)保局批準作為飲用水凈化劑。殼聚糖的-NH_2通過靜電吸引吸附F~-,從而達到除氟的目的,但飽和吸附容量過低,未改性殼聚糖不適宜直接作為飲用水中F~-的吸附劑。通過對殼聚糖進行改性,將不同性質的官能團結合到殼聚糖,從而提高殼聚糖的除氟能力。在報道用于除氟的不同吸附劑中,發(fā)現(xiàn)稀土或過渡金屬基吸附劑是用于除氟的潛在材料。金屬元素對殼聚糖進行改性,必需具備兩方面的性質,一是能夠與殼聚糖結合;二是與氟有較強親和力。如鈦(Ti)、鈰(Ce)、鋯(Zr)能與殼聚糖螯合,能制成除氟性能較好的吸附劑。過渡金屬如Ti、Zr擁有可以接受未成對電子的d空軌道,可接受殼聚糖上氨基或羥基上的未成對電子,成為配合物的中心離子,與殼聚糖形成配合物。且TiO~(2+)、ZrO~(2+)與F-配位反應的穩(wěn)定常數(shù)較高,說明Ti、Zr改性殼聚糖的親氟性能好,可用于除氟。稀土離子如Ce屬于硬酸類,氧、氮、氟等配位原子屬于硬堿類,兩者有較強的配位能力,因此,Ce也能跟殼聚糖上的氨基或羥基配位結合形成鈰改性殼聚糖,殼聚糖負載鈰與氟有較強的親和力,可用于除去水中的氟離子。沸石是架狀結構,具有吸附性能,但不如殼聚糖,但具備機械強度大,性質穩(wěn)定,再生簡易成本低的優(yōu)點。三者結合制備吸附劑,優(yōu)勢互補,既能用于靜態(tài)除氟,又能用于動態(tài)除氟。本研究用鈦、鈰、鋯改性殼聚糖制備復合吸附劑并進行飲水除氟,考察其除氟效果及吸附性能。具體研究內容與結果如下:1、鈦改性殼聚糖吸附劑(Ti-CH)的制備以及除氟性能研究研制鈦改性殼聚糖吸附劑,取1.00g殼聚糖到燒杯中,加入60m L5%的乙酸,攪拌1h至完全溶解,加入0.15ml/L硫酸鈦溶液8m L,緩慢逐滴加入5%的氨水調pH至3,攪拌30min,緩慢逐滴加入5%氨水至析出pH為7.2,靜置1h,將鈦改性殼聚糖吸附劑固體反復用單蒸水洗滌至p H接近7,過濾后80℃烘干24h。將吸附劑應用于含氟水靜態(tài)除氟實驗,考察除氟效果和吸附性能。吸附劑用量3g/L除氟,以160 r/min振蕩速度于室溫吸附60 min,p H 4~7(p H 5~6最佳),對100ml濃度為4.99mg/L的高氟水,吸附后的氟離子濃度為0.37mg/L,除氟率達到83.27%,滿足GB 5949—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》對氟的限量要求。共存陰離子HCO_3~-、CO_3~(2-)對氟離子在Ti-CH上的吸附影響較大。吸附等溫線較好地擬合Freundlich和Langmuir等溫線,30℃時最大吸附容量為9.80mg/g。吸附動力學數(shù)據更好地擬合到二級吸附動力學模型和粒子內擴散模型,吸附速率較快。熱力學研究表明Ti-CH的氟離子吸附過程本質上是自發(fā)的和吸熱的。通過表征分析說明Ti-CH對氟離子的吸附主要包括物理吸附和離子交換。鈦改性殼聚糖吸附劑穩(wěn)定性好,處理水樣不會造成二次污染,重復使用率較好,再生效果良好,可做回收利用,節(jié)約成本。2、鈰改性殼聚糖吸附劑(Ce-CH)的制備以及除氟性能研究研制鈰改性殼聚糖吸附劑,取1.00g殼聚糖溶解于60m L 5%的乙酸之中,待完全溶解后加入5m L 0.15mol/L硝酸鈰銨溶液,繼續(xù)攪拌30min,停止攪拌后逐滴加入5%氨水溶液,調p H至8.0,析出鈰改性殼聚糖吸附劑后靜置1h過濾,固體反復用純水洗滌至p H接近7.0,80℃烘干24h。將吸附劑應用于含氟水靜態(tài)除氟實驗,考察除氟效果和吸附性能。吸附劑用量1.5g/L除氟,以160 r/min振蕩速度于室溫吸附90 min,p H 4~7(接近天然水體中性最佳),對100ml濃度為5.03mg/L的高氟水,吸附后的氟離子濃度小于1.0mg/L,滿足GB 5949—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》對氟的限量要求。共存陰離子HCO_3~-、CO_3~(2-)對氟離子在Ce-CH上的吸附影響較大。吸附等溫線較好地擬合Freundlich和Langmuir等溫線,30℃時最大吸附容量為8.62mg/g。吸附動力學數(shù)據更好地擬合到二級吸附動力學模型和粒子內擴散模型,吸附速率較快。熱力學研究表明Ce-CH的氟離子吸附過程本質上是自發(fā)的和吸熱的。通過表征分析說明Ce-CH對氟離子的吸附主要包括物理吸附和離子交換。鈰改性殼聚糖吸附劑重復使用率較好,再生效果優(yōu)良,可做回收利用,節(jié)約成本。3、鋯改性殼聚糖-沸石-高嶺土復合吸附劑(Zr-CZK)的制備以及除氟性能研究研制鋯改性殼聚糖-沸石-高嶺土復合吸附劑,取0.60 g殼聚糖,溶于36 m L的5%乙酸溶液,加入0.15 mol/L氧氯化鋯溶液20.00 ml,用5%氨水調至p H 5.0下攪拌反應60 min,加入1.40 g人造沸石和0.50 g高嶺土繼續(xù)攪拌60 min,再用5%氨水調至p H 7.5,析出鋯-殼聚糖-沸石-高嶺土復合吸附劑靜置1h過濾,固體反復用純水洗滌至p H接近7.0,70℃烘干24h。靜態(tài)除氟適宜條件為:p H 4~7(p H 5~6最佳),158 r/min振蕩速度下于室溫吸附120 min;動態(tài)除氟適宜條件為:p H 5~6(p H 6最佳),吸附劑粒徑1~2mm,水樣以3~4ml/min通過吸附柱。處理濃度為5.24 mg/L含氟水,使出水F-濃度小于1.0mg/L,靜態(tài)除氟吸附劑用量為1.5 g/L,平衡吸附量為3.07 mg/g;2.00g吸附劑的動態(tài)除氟過水量為1800 m L,吸附容量為2.71 mg/g。氟離子在復合吸附劑上的吸附符合準一級動力學、準二級動力學;顆粒擴散和顆粒內擴散均參與控制吸附過程。氟離子在Zr-CZK上的吸附等溫線均符合Freundlich、Langmuir方程,常溫下最大吸附量為10.75 mg/g;吸附熱力學函數(shù)說明氟離子在復合吸附劑上的吸附為自發(fā)、吸熱、熵增過程。鋯改性殼聚糖-沸石-高嶺土復合吸附劑處理水樣不會造成二次污染,用于靜態(tài)除氟和動態(tài)除氟均獲得滿意的效果。
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【學位授予單位】：廣東藥科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU991.2;R123

【參考文獻】

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本文編號：1652637