水中氟离子吸附法综述研究

金守信 许昶雯

摘  要：我国水体污染情况日益严重，其中饮用水中氟离子的污染情况尤为突出，人体摄入过量氟时，将会导致身体骨骼疾病。如今水体除氟方法主要包含絮凝沉淀法、离子交换法、膜处理法和吸附法等。其中吸附法由于成本低且效果好被广泛使用，因此本文针对饮用水中去除氟离子吸附方法，对常用吸附剂进行归类并对比分析，并对未来发展趋势提出进一步展望。

关键词：饮用水  氟离子  吸附法  水体污染

中图分类号：X703                             文献标识码：A                文章编号：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围较广的慢性疾病之一，我国是地方性氟病受害较重的国家之一[1]。人体摄入过量的氟时，会引发“氟骨症”并使神经和肌肉组织受损;氟含量大于20 mg/L时则可导致骨骼变形、肢体残废[2]。因此如何去除氟离子成为预防饮用水型氟疾病的关键。本文比较系统地总结了近年来国内外含氟水处理技术的研究现状和存在问题，指出了未来含氟水处理应重点关注的方向。

1  含氟水处理技术对比

目前国内外常用的氟离子去除方法主要有：絮凝沉淀法、离子交换法、膜处理法和吸附法等。各方法原理和优缺点对比如表1所示。

通过对比分析，传统水处理的吸附法具有操作简便、高效率、选择性强、成本低廉的特点，符合国家绿色、可持续发展要求，已经受到了广大学者的青睐，其中如何选择环保高效的吸附剂成为目前研究关注的重点，因此本文对去除氟离子的吸附剂进行了对比分析，并进一步提出了未来发展方向。

2  吸附法

吸附法，主要通过将吸附剂加入反应溶液中，使物质在两相界面中完成转移。常用的吸附剂有氧化铝、天然矿物、活性炭、生物基聚合物以及类水滑石等。

2.1 氧化铝

氧化铝通常通過加热使其吸附性能活化，进一步提高除氟性能。Shimelis等[6]通过对未氧化铝和活化后的氧化铝在对氟离子的去除实验对比中发现，当热处理温度低于200℃时，氟离子去除率随活化温度升高而增大，表明活化后的氧化铝除氟效果更好。

之后，随着研究的深入，学制对氧化铝进一步改性。例如改变氧化铝结构，在氧化铝中添加二氧化锰[6]、氧化镁[7]、氧化铁[8]等。Yang等[9]研究表明400℃焙烧的有序介孔氧化铝、850℃焙烧的有序介孔氧化铝和无序介孔氧化铝对氟化物吸附量的最大值可分别达到135、91和95mg/g，吸附效果高于普通的氧化铝吸附剂。

天然矿物，如铝土矿、赤泥和沸石等中含有氧化铝，对其进行改性可用作除氟材料。Abdulai等[10]将铝涂在原铝土矿表面进行改性，结果改性后材料可将5±0.2mg/L地下水中的氟离子浓度降低到<1.5mg/L。Liang等[11]利用盐酸，硝酸和硫酸对赤泥进行酸化，酸化后的赤泥会使得矿物质发生解离，溶解的矿物相可使得吸附剂表面吸附位点增多。

2.2 活性炭

众所周知，活性炭是常用的吸附剂。Li等[12]针对微孔活性炭展开对氟离子的吸附研究，以其作为电极实现对氟的电吸附。微孔活性炭具有表面积比较高的特点，在电压1.6V、流量10mL/min和电极间隙参数2mm的条件下，氟离子的最大平衡吸附容量达到16.8mg/g。

石墨和富勒烯经处理后也是较高的氟离子吸附材料[13]。Jin等[14]利用氧化铝来改性膨胀石墨，制备了复合材料，完成对水中的氟离子的去除，结果表明：氟离子去除率达94.4%，吸附容量达1.18mg/g。Mohammad等[15]研究了多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的脱氟性能，具有较好的脱氟效果。

2.3 生物基聚合物

殼聚糖是较为丰富的生物基聚合物，针对多种水中超标物质具有较好的吸附潜力[16]。Zhu等[17]制备了以铈金属固定交联壳聚糖，形成一种复合生物吸附材料，在对水中氟化物的去除结果表明，常温下，其对氟离子的吸附量高于原壳聚糖和大部分使用的吸附剂。

Wang等[18]以四价锆来固定羧甲基纤维素钠，从而制备了除氟的新型材料。除氟结果表明，在pH、温度、反应时间分别为4、25℃和24h的条件下，吸附材料对含300mg/LF-溶液的最大吸附量达到47mg/g。

2.4 类水滑石

吉鸿飞[19]通过共沉淀法制备了Mg/Al和Mg/Al13两种类水滑石，二者对氟离子的吸附效果均不好，当经500℃高温焙烧后，吸附材料对氟离子的去除率相比未焙烧时明显提高很多，证明焙烧后的材料结构发生变化，吸附效率提高。

Koilraj等[20]制备了锌铬元素之比分别为2、3和4的锌铬类水滑石，并利用三种类水滑石分别处理含氟废水。结果表明：当材料中锌铬元素比值为3时，吸附氟离子效果最好，饱和吸附量达到31mg/g。

Ma等[21]研究了镁-钙铁类水滑石的除氟性能。实验结果表明，当吸附剂材料中镁：钙：铁三种元素的摩尔比为1.25：3.75：1，投加吸附剂0.5g/L，反应温度50℃，吸附时间12h，吸附剂对氟化物的饱和吸附容量为248.44mg/g。

3  结语与展望

吸附剂未来会成为学者们去除氟的重点之一。在以下方面仍需要继续加强研究：

（1）吸附剂的优化。类水滑石可以通过改性（如高温焙烧、合成过程添加稀有金属或生物稳定剂）改善其结构，如何实现氟离子的高效去除是值得探讨的。

（2）吸附剂除氟机理的进一步探讨。大量的吸附剂机理已经被挖掘，但新型的除氟吸附剂种类繁多，如金属基吸附剂[22]，天然壳聚糖[23]、其他介孔材料[24]等，这些新型吸附剂的吸附机理仍然需要深入探索和研究，继续丰富吸附理论。

（3）吸附剂再生研究。根据新时代的绿色节能理念和可持续发展理念，解决吸附剂与溶液的高效分离，实现吸附剂的循环使用，降低二次污染。

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