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水体中的氟离子是有益的或是有害的,由它的浓度决定。摄入过多的氟会影响人体元素的代谢,引起牙齿和骨骼氟中毒。因此,有必要降低含过量氟的废水的排放。近年来,水体中氟污染的问题越来越受到关注。本文以天然可再生资源壳聚糖为基体,采用稀有元素(Ce和Zr)对其改性,制备出两种新型除氟剂Ce-CCS和Zr-CCS,并对其制备条件、吸附特征及吸附机理等进行了探讨。利用FTIR、XRD、SEM-EDAX等手段对吸附剂的结构和形貌进行表征。探讨了影响氟离子吸附效果的因素,包括吸附剂投加量、初始氟离子浓度、pH值、共存阴离子和吸附时间等。主要结果如下:在交联壳聚糖(CCS)的基础上,利用成本较低的Ce(Ⅲ)改性粉末状壳聚糖,制备得到新型除氟剂Ce-CCS,并研究了CCS和Ce-CCS对F-的吸附特性。Ce-CCS制备过程中,采用环氧氯丙烷作为交联剂,交联时间为23 h。吸附试验中,采用Langmuir和Freundlich等温模型对吸附平衡数据进行拟合。结果表明:Ce-CCS对氟离子的吸附容量比CCS的高,在pH为6,温度为303 K时的最大吸附容量为33.43 mg/g;动力学数据符合准二级动力学模型;热力学研究结果表明Ce-CCS对氟离子的吸附是自发的放热过程;吸附机理包括静电作用、强路易斯酸碱作用和Ce-CCS与F-的络合;而CCS则通过氢键来去除氟离子。此外,吸附剂Ce-CCS可以用盐酸有效地再生且具有重复使用的良好性能。为了进一步提高改性壳聚糖对氟离子的吸附容量,实验制备得到通过锆改性的壳聚糖颗粒Zr-CCS,确定选用的交联剂为戊二醛,交联5 h。通过批量吸附实验来评价Zr-CCS对氟离子的吸附能力。在较低的pH值、其他共存阴离子量少的条件下有利于Zr-CCS对F-的吸附;准二级吸附动力学模型能较好地描述该吸附过程,吸附过程由化学吸附控制;吸附平衡数据较好地符合Langmuir等温模型,在温度303 K和pH未调(6左右)时计算所得的最大吸附容量为48.26 mg/g;热力学参数表明氟离子吸附过程是自发的、放热的;吸附剂Zr-CCS对氟的吸附机理为离子交换以及Zr-CCS与氟离子之间的静电作用。吸附剂Ce-CCS和Zr-CCS对含氟水均具有良好的吸附效果。本文所合成的两种稀有金属改性壳聚糖吸附剂与传统的除氟剂相比,具有吸附速率快、易再生、性能稳定等特点,有望进一步推广使用。