基于铈镧的纳米复合材料的制备及其深度净化低氟污水的机制研究

Fluorine is a necessary element for people, but too much intake will be seriously harmful. Fluoride pollution has become a serious environmental safety problem all over the world, and China is seriously suffering from it as well. Consequently, development of simple and effective method to deal with fluoride pollution is highly significant. Waste water of low fluoride concentration is a very hard object to deal with because of its serious hazardness and treating difficulty. Aiming at this problem, we planned to develop a nanocomposite based on rare earth Ce, La. Taking advantage of rare earth element’s high attraction to F-, and huge surface area and plenty of active sites of nano materials, the composite is thought to have great adsorption ability and high elimination rate toward F-, and it can be used to treat low F- concentration waster water to fit the standard of drinking water. Study the effect of various nano-structure preparing methods to material’s properties; Using various characterization methods, such as TEM、XRD、XPS、19F MAS NMR, to analyse the changing of functional groups on adsorbent surface before and after adsorption, study the effects of rare earth to material's structure and properties, and make clear of the key groups. Investigate thermodynamic and kinetic properties of the adsorption course, and explore the synergistic adsorption mechanism of the composite. This project is thought to give theoretical and technological support to deep purification of low concentration F- waster water.

氟是一种人体必须的元素，但摄入量过大却会造成严重危害。氟污染已成为一个严重的全球化环境污染问题，我国也深受其害，发展简单高效的氟污染治理技术意义重大。低氟污水因其危害大，处理难，已成为当前氟污染治理的一个难点。针对低氟污水难以深度净化这一科学问题，我们拟制备基于稀土Ce，La的纳米复合吸附材料。利用Ce, La对F-特异性的强亲和力，借助纳米材料的大比表面积，多活性位点等优势，有效地将低氟污水处理达到饮用水的标准。考察不同复合方法对材料性能的影响；利用TEM、XRD、XPS、19F MAS NMR等多种表征手段分析吸附前后吸附剂表面基团的变化，探讨稀土复合对材料结构和性能的影响，探明起关键作用的官能团；考察吸附过程的热力学、动力学特性，明确复合材料协同高效去除F-的机制，为低氟污水深度净化提供理论和技术支撑。

.氟是一种人体必须的元素，但摄入量过大却会造成严重危害。氟污染已成为一个严重的全球化环境污染问题，我国也深受其害，发展简单高效的氟污染治理技术意义重大。低氟污水因其危害大，处理难，已成为当前氟污染治理的一个难点。本课题主要基于对氟离子的吸附和去除，发展了一系列的材料和方法。. 本课题主要进行了以下研究内容：（a）采用共沉淀法制备了一种新型 Fe-Mg-La 三金属纳米复合材料。吸附等温线表明，在平衡氟浓度为1mg/L时，吸附量为13.2mg/g，最大吸附量为47.2mg/g，说明该吸附剂具有较高的脱氟性能，该吸附剂经碱再生后可重复使用。结果表明，氟离子能够完全取代三种金属的OH基团，并且氟离子与金属在吸附过程中发生了强烈的相互作用，吸附机理为配体交换。该吸附剂具有吸附效率高、成本低、操作简便等优点，在处理含氟废水方面具有广阔的应用前景。（b）本研究成功地制备了具有256.6m2/g高比表面积的 Y-Zr-Al层状纳米复合材料，复合材料表现出较高的氟吸附性能，特别是在低氟浓度条件下。实验表明发现在吸附过程中存在三种主要的吸附模式：介孔扩散吸附、电子相互作用吸附和离子交换。该复合材料具有高效、抗干扰能力强、操作简便等优点，在处理含氟废水方面具有很高的应用潜力，而氟离子高吸引力稀土元素的发现对进一步认识和开发稀土脱氟吸附剂具有重要意义。（c）合成了一种具有规则形貌的 La-Zr-Ce三金属吸附剂。该纳米复合材料对氟化物的最大吸附量为117.3mg/g。此外，它还具有广泛的适用pH值范围2-10和高抗干扰能力。考察吸附过程的热力学、动力学特性，明确复合材料协同高效去除F-的机制，为低氟污水深度净化提供理论和技术支撑。