羟基磷灰石矿井水除氟试验研究
李兰廷
王琦
寇丽红
王吉坤
解炜
刘敏
李文博
煤炭科学技术研究院有限公司,北京 100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京 100013;国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京 100013
摘要：水中过量的氟离子会对人体造成危害,羟基磷灰石(Hydroxylapatite,HAP)是一种理想的新型环境功能除氟材料.针对矿井水中氟含量超标的问题,采用HAP滤料吸附工艺,通过吸附柱动态实验,考察了空床接触时间(Empty bed contact time,EBCT)、进水滤速、pH及进水中氟离子质量浓度等主要因素对含氟矿井水吸附除氟性能的影响;通过SEM-EDS,FT-IR等微观表征,探讨分析了 HAP滤料对水中氟离子的吸附机理.结果表明,HAP的除氟主要是滤料晶体表面的羟基与水中氟离子的吸附置换反应,同时也存在一定程度的HAP的分解反应,反应后HAP滤料表面Ca∶P∶F(物质的量比)≈5∶ 3∶1,羟基磷灰石主要变成了氟磷灰石.空床接触时间越长除氟效果越好,但将EBCT增长至80 min后,再增加EBCT来降低水中的氟化物含量将会很困难;进水滤速越高出水效果越差,当滤速超过0.37 m/h时,会导致水中氟离子与滤料的接触时间相对减少,因氟离子向滤料晶体结构内部迁移的速度较慢,使得滤料表面处于"饱和吸附"的状态,而内部的晶格羟基却未得到充分利用;出水中氟离子的质量浓度随进水中氟离子质量浓度的增加而升高,进水氟离子质量浓度升高则水中氟离子的质量浓度传质推动力增大,但滤料晶体表面的氟离子向晶格内部的迁移为控制步骤,速率较慢;过高的酸度与碱度均对除氟效果有负面的影响,酸性环境下氟离子在水溶液中较难电离,碱性条件下OH-与氟离子存在竞争吸附,均不利于氟离子的脱除.最佳的除氟工艺条件是:EBCT为80 min,进水滤速为0.37 m/h,进水pH为7.5左右.在此条件下,进水氟离子质量浓度为6.0 mg/L左右时,出水中氟离子质量浓度可在低于1.0 mg/L的达标情况下稳定运行.进水滤速为0.21 m/h时可连续达标处理水量达到滤料床体积的309倍,稳定运行阶段的氟离子脱除率可高达97.5％以上,该羟基磷灰石滤料可作为矿井水除氟的优良吸附剂.
关键词：矿井水除氟羟基磷灰石除氟工艺吸附机理
分类号：X703(一般性问题)
资助基金：国家重点研发计划(2019YFE0103300)煤科院科技发展基金资助项目(2021CX-I-01)
论文发表日期：2022-11-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 4139-4146 )
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