论文总字数：22992字

目 录

第1章 绪论 3

1.1地下水中砷氟共存的现状及危害 3

1.1.1地下水中砷污染及危害 3

1.1.2地下水中氟污染及危害 3

1.1.3砷氟共存地下水的现状 4

1.2水中砷和氟的去除技术及方法 4

1.2.1水中砷的去除方法 4

1.2.2水中氟的去除方法 5

1.2.3水中砷氟共除的方法 6

1.3选题目的及意义 6

第2章 实验材料与研究方法 7

2.1实验试剂及实验设备 7

2.1.1实验试剂 7

2.1.2实验设备 7

2.2复合吸附剂合成实验 8

2.2.1中孔钛铝复合氧化物的制备 8

2.2.2中孔钛镧复合氧化物的制备 8

2.3中孔复合吸附剂表征实验 9

2.3.1 X射线衍射 9

2.3.2 SEM电镜扫描实验 9

2.3.3 N₂吸脱附实验 9

2.3.4 ZETA电位表征 9

2.4中孔复合吸附剂等温线试验 10

2.4.1中孔复合吸附剂As等温线试验 10

2.4.2中孔复合吸附剂F–等温线试验 10

2.4.3中孔复合吸附剂同步去除As、F^–等温线试验 11

2.5 pHamp;IS对中孔复合吸附剂去除As、F–的影响实验 11

2.6 As、F^–的分析实验 12

2.6.1 As的分析实验 12

2.6.2 F^–的分析实验 13

第3章 结果与讨论 15

3.1吸附剂的形貌 15

3.2吸附剂的表征 15

3.2.1 X射线衍射表征（XRD） 15

3.2.2 SEM电镜扫描表征 16

3.2.3 N2吸脱附表征 17

3.2.4 ZETA电位表征 18

3.3吸附等温线 18

3.3.1 As吸附等温线 20

3.3.2 F^–吸附等温线 20

3.3.3 中孔复合吸附剂同步去除As、F^–等温线 21

3.4 pH对中孔复合剂同步去除As、F–的影响 23

第4章 结论与展望 25

4.1结论 25

4.2展望 25

参考文献： 26

致谢 27

中孔Ti/Al、Ti/La复合吸附剂的合成、表征

及As/F共除实验研究

王思岚

，China

Abstract：In our country, high arsenic and fluorine groundwater are widely distributed, and because of industrial pollution caused by arsenic fluorine groundwater is widely distributed. In recent years, our country due to around the drinking water fluoride and arsenic concentrations exceeding, making arsenic and fluorine sewage problems coexist in China has attracted more and more attention. Therefore, development of economy, the arsenic and fluorine is except the technology is current a high-profile research. We synthesized mesoporous Ti Al and Ti-La in hole composite adsorption agent in 15 degrees Celsius, the coexistence of 30 Celsius degrees two kinds of adsorbents for arsenic and fluoride adsorption performance, and arsenic and fluorine removal performance was studied, the maximum amount of arsenic adsorption reached 50mg/g, maximum fluoride adsorption capacity reached 20mg/g. In this paper, the removal efficiency of arsenic and fluoride in different pH and different concentrations of arsenic and fluoride were studied in this paper.

第1章 绪论

1.1地下水中砷氟共存的现状及危害

1.1.1地下水中砷污染及危害

砷是一种类金属，此种类金属对生物有较高的毒性，存在于自然界的各个圈层。砷在地壳元素中，所占的比例并不大，任何一种金属硫化物矿石中都含有砷硫化物。砷化物在在地球上的广泛分布，所以人类早很早的时候就认识到了砷化物的毒性存在。

环境中的砷来源分为两类：自然来源和人为来源。人类活动造成的砷在环境中存在有很多，工业、农业以及生活方面都会导致砷的污染。工业方面有色金属的冶炼、自然界中砷化物的开采以及工业冶炼。农业方面使用的农药中含有砷，砷也会随着地表水进入环境。生活方面，燃烧使用煤取暖，这三个方面均可导致不同程度的砷污染。环境砷污染中，地下水中砷污染在全球许多的国家以及本分地区已经发现高砷水引起中毒的报导。美国疾病控制中心和国际癌症研究机构，将砷确定为第一类致癌物质^[1]。

工业上排放的大量的废水，有采矿废水、冶金废水、燃煤废水、化工废水以及工业排放出的大量的废水中含有砷，给环境带来了巨大的污染^[2]。我国的国家标准规定(一级)废水中的氟质量浓度不得超过10 mg/L^[3]，砷的排放质量浓度限值为0. 5 mg/L^[4]。近年来我国多地出现高砷水饮用中毒事件，我国台湾、贵州、云南、山西等地均是高砷水地区，水中砷的浓度均超过了国家规定饮用水中的砷浓度。随着人类进步以及工业的发展，人类活动所造成的砷在自然界中的排放量在与日俱增。

持久饮用含高浓度砷的水会使人有黑变病、角化症和癌症等许多的健康疾病问题^[5]。当人体砷摄入量过多时，由于砷以及砷的化合物具有一定的毒性，因此会发生砷中毒的问题。人体中砷含量的增加，会导致细胞的正常代谢遭到破坏，并且会影响细胞内的呼吸作用以及氧化过程。砷还会破坏血管壁以及血液输送系统，加重脏器的损坏。因此，研究出高效去除砷污染物的技术是一项备受瞩目的研究。

1.1.2地下水中氟污染及危害

地球上人类所生活的圈层中广泛存在氟以及氟化物。氟是一种卤族元素，在自然界以及人类体内都存在。人体内各个组织中都含有微量的氟，但是其主要集聚在人体的骨骼当中，包括牙齿、筋骨等。虽然说人体需要摄入一定量的氟，但是过多的摄入会对人体造成重大的危害。目前许多国家和地区的地下水中都存在高浓度的氟，长期饮用高浓度的含氟水，会导致许多的并发症。

地下水中氟的来源分为两种：一种是天然源，自然界中的岩石中多含有氟，氟矿物也广泛存在；二是人为源，随着工业的发展，氟在工业中的应用十分广泛，这使得工业加工产生的副产物中含有氟化物，例如有色冶金的加工废水、钢铁以及铝等的加工废水、电子、电镀、化肥、农药厂的废水都含有氟化物。含氟矿物开采的废水中也存在氟化物。因此，工业污水的排放与渗透，导致地下水中氟的含量升高，使得我们的日常饮用地下水中含有大量的氟。

因为氟是牙齿及骨骼不能缺少的因素，并且微量的氟对于细菌造成的酸性的珐琅质腐蚀有较好的抵御力，防止龋齿的形成，因此水处理厂在输送自来水以及饮用水之前，都会在水中添加微量的氟。据统计，氟摄取量高的地区，老年人罹患骨质疏松症的比率以及龋齿的发生率都会降低^[6]。可是，过多的摄入氟对人体存在极大的健康风险，氟中毒的表现比较多样。其主要表现为氟骨症和氟斑牙。氟斑牙的表现症状是牙齿生长畸形、牙齿松软即软化，并且表现为牙齿发黄，失去牙釉质光泽。氟骨症的表现形式为，骨质疏松、身体的骨骼变得厚重而松软，容易发生骨折。氟中毒的末期表现不仅体现在人体骨骼方面，其经常伴有有慢性咳嗽、身体中下部位下肢酸痛、骨质硬化脆化、韧带的钙化。并且伴有关节变形、骨质增生、关节囊肥厚等。另外，机体代谢过程中所需要的某些酵素系统会被破坏，导致多器官病变^[7]。

1.1.3砷氟共存地下水的现状

目前，砷氟污染广泛存在，人类现在所饮用的地下水中有很多受到砷和氟的复合污染^[8]。研究发现，全世界有很多地区都存在砷氟共存地下水，数以百万计的人饱受砷氟共存污染水的迫害，并且中国是受As、F联合污染最为严重的国家之一。张强等在青海省调查的砷氟污染水样发现，氟含量在1. 00 ~ 4. 91 mg/L之间的水样占总样本的55.6%，砷含量在0.01 ~ 1.07mg/L之间的水样占总样本的61.1%^[9]。王喜宽等对内蒙古河套地区的浅层地下水中氟和砷的浓度进行了调研，发现氟的浓度在7 ~ 22. 5 mg/L之间，而砷的浓度小于1. 12mg/L^[10]。这表明，我国各地都存在砷氟共存的现象，并且已有多起砷氟联合中毒的事件。Gnmez等^[11]在研究中发现，地下水中的砷以及氟之间的浓度关系存在线性相关性，相关系数为0. 84。

1.2水中砷和氟的去除技术及方法

1.2.1水中砷的去除方法

污水中去除砷的技术主要分为两种：物理去除方法和化学去除方法。以下为现有的物理方法除去水中的砷。

1. 吸附法

吸附法是利用高比表面积且多孔性的不溶性固体吸附剂，将水样中的一种或数种组分吸附于表面。再选用适宜的溶剂，或者进行加热以及吹气等方法将预测组分进行解吸以达到分离和富集的目的。

在众多水溶液中去除砷的方法中，吸附法研究的较多。吸附法简单易行，且吸附材料较为多样，无论哪种吸附材料，都有着去除效率高、稳定性强、吸附剂可循环利用以及避免二次污染等优点。用于去除砷的吸附材料有很多，如活性炭、沸石（硅铝酸盐矿石）、磺化煤（阳离子交换剂）、氢氧化铝（Al(OH)₃）、氧化铝（Al₂O₃）等。随着技术的进步，现今有许多新型材料，如负载金属^[12]、稀土改性沸石球^[13]、二氧化钛基^[14]等。

1. 萃取法

萃取法的工作方法是通过一种物质，它在不相溶的两种溶剂中存在溶解度的差异，利用溶解度的不同将溶质从一种溶剂中提取到另一种溶剂中。萃取法中我们通过比较除去砷常用的萃取剂是磷酸三正丁酯。萃取法适用于浓度较高并且污水较少的除砷处理。

1. 膜分离法

膜技术是一项除砷效果较好的方法，是一种新型的更有前景的方法。由于在膜分离法中，膜可以在分子范围之内进行分离作用，因此这种方法更有特性。膜分离方法是一种物理分离法，分离的整个过程没有物相的变化并且不需要任何添加剂就可以完成。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同(或称为截留分子量)，可将膜分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)等；其中，纳滤膜是除砷应用较为广泛的膜技术^[15]。

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