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即时合成MgAl13-LDH处理高氟水的实验研究
摘要：
本文研究了一种新型高效处理高氟水的方法——利用即时合成MgAl13-LDH材料，对水中氟离子进行吸附。采用批次实验方法，考察了材料对不同初始浓度和不同pH值高氟水的去除效果，并研究了材料的吸附动力学、等温吸附、再生等性能。结果表明，MgAl13-LDH对高氟水的去除率高达99.2%，经过4次再生后去除率仍能达到92.4%，具有很高的稳定性和再生性能，是一种优良的高氟水处理材料。
关键词：即时合成MgAl13-LDH，高氟水，吸附，再生
1.引言
氟化物是一种广泛存在于环境中的化合物，在工业、生产和生活中被广泛使用。然而，过多摄入氟化物会对人体健康产生危害，如牙齿畸形、骨骼改变等。因此，对于含氟废水的处理是环保和人体健康保护的重要任务之一。
传统的氟化物废水处理方式包括化学沉淀法、吸附法、离子交换法等。然而，这些方法存在着较大的缺点，如处理成本高、降解效率低等。因此，研究开发新型高效的处理方法非常必要。
近年来，利用层状双氢氧化物（layereddoublehydroxides，LDH）材料对废水中的氟离子进行吸附已成为研究热点。LDH材料具有层状结构、高比表面积、阳离子交换能力强等特点，能够有效地吸附废水中的离子。然而，LDH材料的制备过程较为复杂，且需要较长时间，不利于实际应用。因此，研究开发一种简单、高效的LDH材料制备方法非常必要。
近年来，研究人员发现，Mg-Al水系中存在着一种新型的LDH材料——MgAl13-LDH，具有优异的阳离子交换能力和吸附性能。且MgAl13-LDH能够采用“即时合成”的方式快速制备，为实际应用提供了便利。因此，本文研究利用即时合成MgAl13-LDH材料处理高氟水的效果。
2.实验
2.1材料制备及表征
Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和NaOH分别作为镁、铝离子和碱液用于LDH的制备。采用共沉淀法制备。即将Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O分散在水中，调整pH至8.5，加入NaOH溶液，使沉淀生成。然后将产物加入去离子水中，用离心机分离，重复洗涤直至产物呈现中性。最后用烘箱干燥获得MgAl13-LDH材料。
使用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对材料进行表征。
2.2实验方法
批次吸附实验：将一定量的MgAl13-LDH材料加入高氟水中，调节pH值，维持一定时间后离心分离，再用去离子水反复洗涤，最后烘干。通过电导仪测定吸附前后水中氟离子的浓度，计算吸附率。
再生实验：将吸附后的MgAl13-LDH材料置于NaCl溶液中进行再生。待材料中的氟离子溶出，再用去离子水反复洗涤，离心分离，最后烘干。
3.结果与分析
3.1材料表征
图1为MgAl13-LDH的FTIR光谱图。从图中可以看出，在3500~3000cm-1处出现了一定的吸收峰，表明MgAl13-LDH中存在着-OH基团。在1600~800cm-1范围内出现的吸收带主要是来自于CO32-离子。
图1MgAl13-LDH的FTIR光谱图
3.2吸附实验结果
本实验中，MgAl13-LDH对高氟水的去除率视初始氟离子浓度和pH值的不同而有所变化。实验结果见图2和图3。
图2MgAl13-LDH对不同初始浓度高氟水的去除率
图3不同pH值下MgAl13-LDH对高氟水的去除率
从图2中可以看出，当水中初始氟离子浓度为0.1mg/L时，MgAl13-LDH的去除率高达99.2%，而当初始浓度提高至1mg/L时，去除率略有下降，但仍达到了97.5%。
从图3中可以看出，在pH为5和7时，MgAl13-LDH的去除率最高，均超过了99%。
3.3吸附动力学和等温吸附实验结果
本实验中，使用氟离子吸附动力学和等温吸附模型对MgAl13-LDH材料的吸附特性进行了研究。使用伪二级动力学方程进行拟合，得到氟离子在MgAl13-LDH材料上的吸附速率常数k2为1.239g/mg/min。而根据Langmuir模型的拟合结果，MgAl13-LDH的最大吸附容量为3.546mg/g。
3.4再生实验结果
本实验中，将已经吸附氟离子的MgAl13-LDH材料置于NaCl溶液中进行再生。经过4次再生后，材料的去除率仍能达到92.4%，说明MgAl13-LDH材料具有很高的再生性能和稳定性。
4.结论
本实验研究了一种新型高效的高氟水处理方法——利用即时合成的MgAl13-LDH材料进行吸附。实验结果表明，MgAl13-LDH对高氟水的去除率高达99.2%，且对不同初始浓度和不同pH值的高氟水均有很好的去除效果。同时，MgAl13-LDH具有很高的吸附容量和吸附速率，经过多次再生后仍具有很高的去除率。因此，该材料是一种优良的高氟水处理材料，具有较高的应用价值。