
物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (10): 1911009.doi: 10.3866/PKU.WHXB201911009
孙建川1, 王旭辉1, 陈帅奇1, 廖艳清1, 郜阿旺1, 胡雨昊1, 杨涛1, 徐向宇1, 王颖霞2, 宋家庆1,*(
)
收稿日期:2019-11-05
录用日期:2019-12-14
发布日期:2019-12-20
通讯作者:
宋家庆
E-mail:songjq@126.com
基金资助:
Jianchuan Sun1, Xuhui Wang1, Shuaiqi Chen1, Yanqing Liao1, Awang Gao1, Yuhao Hu1, Tao Yang1, Xiangyu Xu1, Yingxia Wang2, Jiaqing Song1,*(
)
Received:2019-11-05
Accepted:2019-12-14
Published:2019-12-20
Contact:
Jiaqing Song
E-mail:songjq@126.com
About author:Jiaqing Song, Email:songjq@126.com; Tel: +86-10-64423325Supported by:摘要:
合成高效低成本的氟离子吸附剂仍是具有挑战的研究课题。本文采用无有机物的方法制备了单层结构的薄水铝石,并以此薄水铝石得到大比表面积的活性氧化铝。活性氧化铝的大比表面积保证了很高的吸附效率,合成过程无有机表面活性剂或模板剂的使用,控制了成本。采用X射线衍射(XRD)及扫面电镜(SEM)等方法对样品进行了表征,发现制备的氧化铝前体为单层结构的薄水铝石,其比表面积为789.4 m2·g-1,焙烧后得到活性氧化铝的比表面积为678.4 m2·g-1,孔体积为3.20 cm3·g-1。并系统研究了吸附剂用量、吸附时间等因素对活性氧化铝吸附水中氟离子的影响。研究结果表明,本文制备活性氧化铝对水中氟离子的吸附量可达67.6 mg·g-1。仅分别需0.6、1.0或2.6 g·L-1活性氧化铝就可将10、20或50 mg·L-1的氟离子溶液处理至中国饮用水标准(1.0 mg·L-1)以下。并且此活性氧化铝在pH = 4–9的范围内均可用于水中氟离子的处理,对吸附有较大影响的共存离子为SO42-及PO43-,进一步研究表明,活性氧化铝对氟离子的吸附遵循准二级模型和朗格缪尔等温模型。
孙建川, 王旭辉, 陈帅奇, 廖艳清, 郜阿旺, 胡雨昊, 杨涛, 徐向宇, 王颖霞, 宋家庆. 由单层薄水铝石制备的活性氧化铝处理水中氟离子[J]. 物理化学学报, 2021, 37(10), 1911009. doi: 10.3866/PKU.WHXB201911009
Jianchuan Sun, Xuhui Wang, Shuaiqi Chen, Yanqing Liao, Awang Gao, Yuhao Hu, Tao Yang, Xiangyu Xu, Yingxia Wang, Jiaqing Song. Defluoridation of Water Using Active Alumina Derived from Single-Layer Boehmite[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37(10), 1911009. doi: 10.3866/PKU.WHXB201911009
Fig 6
Effects of the dosages of different adsorbents on the ?uoride removal efficiency in fluoride solutions of different initial concentrations. (a) Initial fluoride concentration: 10 mg?L-1, Adsorbent: SB-500; (b) Initial fluoride concentration: 10 mg?L-1, Adsorbents: S1-500 and S2-500; (c) Initial fluoride concentration: 20 mg?L-1, Adsorbents: S1-500 and S2-500; (d) Initial fluoride concentration: 50 mg?L-1, Adsorbents: S1-500 and S2-500."
Table 3
Comparison of the minimum dosages of different adsorbents needed to lower ?uoride concentration below the MCL for fluoride in China (1.0 mg?L-1)."
| Adsorbent | concentration/(mg?L-1) | Dose/(g?L?1) | Reference |
| Mg-Al-Zr triple-metal composite | 1.4 | 1.5 | 34 |
| 2.0 | 2.6 | ||
| AlOOH | 13 | > 16 | 35 |
| Zr-Al-Ca Nanohybride | 50 | 5 | 36 |
| alkoxide origin alumina | 5.4 | 6 | 15 |
| Manganese dioxide-coated activated alumina | 10 | 4 | 16 |
| Alum-impregnated activated alumina | 25 | > 8 | 17 |
| Acidic alumina | 5 | 1.5 | 18 |
| 10 | 3 | ||
| 15 | 4.5 | ||
| Active alumina | 10 | 0.6 | This study |
| 20 | 1.0 | ||
| 50 | 2.6 | ||
| Commercial alumina | 10 | 35 |
Table 4
Pseudo ?rst-order and Pseudo second-order model parameters of the fluoride adsorptions on S1-500, S2-500 and SB-500."
| adsorbent | qe exp/(mg?g-1) | Pseudo ?rst-order | Pseudo second-order | |||||
| qe, cal/(mg?g-1) | k1/min-1 | R2 | qe, cal/(mg?g-1) | k2/(g?mg-1?min-1) | R2 | |||
| S1-500 | 63.1 | 48.7 | 0.0352 | 0.9615 | 66.2 | 0.002727 | 0.9988 | |
| S2-500 | 34.3 | 30.8 | 0.0474 | 0.9782 | 35.4 | 0.006838 | 0.9987 | |
| SB-500 | 8.7 | 8.4 | 0.0107 | 0.9191 | 8.8 | 0.051029 | 0.9999 | |
Table 6
Comparison of the minimum dosages of different adsorbents needed to lower ?uoride concentration below the MCL for fluoride in China (1.0 mg?L-1)."
| Adsorbent | Initial concentration/(mg?L?1) | Surface area/(m2?g?1) | qm/(mg?g?1) | Reference |
| AlOOH | 3–35 | – | 3.26 | 35 |
| AlOOH | 5–50 | – | 2.06 | 41 |
| γ-Al2O3 | 20–250 | 650 | 14.26 | 26 |
| alkoxide origin alumina | 5.4–24 | 100 | 2.35 | 15 |
| nano-alumina | 1–100 | 151.7 | 14.0 | 42 |
| La/alumina | 1–200 | 236.9 | 26.45 | 36 |
| acidic alumina | 2–15 | 144.3 | 8.4 | 18 |
| alumina S1-500 | 10–200 | 678.4 | 67.6 | This study |
| alumina S2-500 | 10–200 | 450.9 | 40.7 |
| 1 | W HO Guidelines for Drinking-Water Quality 4th ed Geneva, Switzerland: WHO Press, 2011. |
| 2 |
Jagtap S. ; Yenkie M. K. N. ; Labhsetwar; ; Rayalu S. Chem. Rev. 2012, 112 (4), 2454.
doi: 10.1021/cr2002855 |
| 3 | GB 5749-2006. National Standard of the People's Republic of China-Standards for Drinking Water Qualit, 2006. |
| 4 |
Reardon E. J. ; Wang Y. Environ. Sci. Technol. 2000, 34 (15), 3247.
doi: 10.1021/es990542k |
| 5 |
Zhu J. ; Zhao H. ; Ni J. Sep. Purif. Technol. 2007, 56 (2), 184.
doi: 10.1016/j.seppur.2007.01.030 |
| 6 |
Lhassani A. ; Rumeau M. ; Benjelloun D. ; Pontie M. Water Res. 2001, 35 (13), 3260.
doi: 10.1016/s0043-1354(01)00020-3 |
| 7 |
Arora M. ; Maheshwari R. C. ; Jain S. K. ; Gupta A. Desalination 2004, 170 (2), 105.
doi: 10.1016/j.desal.2004.02.096 |
| 8 |
López-Guzmán M. ; Alarcón-Herrera M. T. ; Irigoyen-Campuzano J. R. ; Torres-Castañón L. A. ; Reynoso-Cuevas L. Sci. Total Environ. 2019, 678, 181.
doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.04.400 |
| 9 |
Tahaikt M. ; Achary I. ; Sahli M. A. M. ; Amor Z. ; Taky M. ; Alami A. ; Boughriba A. ; Hafsi M. ; Elmidaoui A. Desalination 2006, 189 (1-3), 215.
doi: 10.1016/j.desal.2005.06.027 |
| 10 |
Gmar S. ; Ilhem B. S. S. ; Helali N. ; Tlili M. ; Ben Amor M. Environ. Process. 2015, 2 (1), 209.
doi: 10.1007/s40710-015-0112-4 |
| 11 |
Vaaramaa K. ; Lehto J. Desalination 2003, 155 (2), 157.
doi: 10.1016/S0011-9164(03)00293-5 |
| 12 |
Meenakshi S. ; Viswanathan N. J. Colloid Interface Sci. 2007, 308 (2), 438.
doi: 10.1016/j.jcis.2006.12.032 |
| 13 | Xu X. ; Liao Y. ; Sun J. ; Wang X. ; Chen S. ; Lv Z. ; Song J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35 (3), 317. |
|
徐向宇; 廖艳清; 孙建川; 王旭辉; 陈帅奇; 吕志; 宋家庆. 物理化学学报, 2019, 35 (3), 317.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201805021 |
|
| 14 |
Mirna H. ; Andrew F. Materials 2014, 7 (9), 6317.
doi: 10.3390/ma7096317 |
| 15 |
Kamble S. P. ; Deshpande G. ; Barve P. P. ; Rayalu S. ; Labhsetwar N. K. ; Malyshew A. ; Kulkarni B. D. Desalination 2010, 264 (1-2), 15.
doi: 10.1016/j.desal.2010.07.001 |
| 16 |
Tripathy S. S. ; Raichur A. M. J. Hazard. Mater. 2008, 153 (3), 1043.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.09.100 |
| 17 |
Tripathy S. S. ; Bersillon J. L. ; Gopal K. Sep. Purif. Technol. 2006, 50 (3), 310.
doi: 10.1016/j.seppur.2005.11.036 |
| 18 |
Goswami A. ; Purkait M. K. Chem. Eng. Res. Des. 2012, 90 (12), 2316.
doi: 10.1016/j.cherd.2012.05.002 |
| 19 |
Abe I. ; Iwasaki S. ; Tokimoto T. ; Kawasaki N. ; Nakamura T. ; Tanada S. J. Colloid Interface Sci. 2004, 275 (1), 35.
doi: 10.1016/j.jcis.2003.12.031 |
| 20 |
Li Y. H. ; Wang S. ; Zhang X. ; Wei J. ; Xu C. ; Luan Z. ; Wu D. Mater. Res. Bull. 2003, 38 (3), 469.
doi: 10.1016/s0025-5408(02)01063-2 |
| 21 |
Cai J. ; Zhao X. ; Zhang Y. ; Zhang Q. ; Pan B. J. Colloid Interface Sci. 2018, 509, 353.
doi: 10.1016/j.jcis.2017.09.038 |
| 22 |
Zhang T. ; Li Q. ; Xiao H. ; Mei Z. ; Zhou Y. Appl. Clay Sci. 2013, 72, 117.
doi: 10.1016/j.clay.2012.12.003 |
| 23 |
Onyango M. S. ; Kojima Y. ; Kumar A. ; Kuchar D. ; Kubota M. ; Matsuda H. Sep. Sci. Technol. 2006, 41 (4), 683.
doi: 10.1080/01496390500527019 |
| 24 |
Tor A. ; Danaoglu N. ; Arslan G. ; Cengeloglu Y. J. Hazard. Mater. 2009, 164 (1), 271.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.08.011 |
| 25 |
Agarwal M. ; Rai K. ; Shrivastav R. ; Dass S. J. Clean Prod. 2003, 11 (4), 439.
doi: 10.1016/S0959-6526(02)00065-3 |
| 26 |
Lee G. ; Chen C. ; Yang S. T. ; Ahn W. S. Microporous Mesoporous Mat. 2010, 127 (1-2), 152.
doi: 10.1016/j.micromeso.2009.07.007 |
| 27 |
Song J. ; Li Z. ; Xu X. ; He M. ; Yan L. Ind. Eng. Chem. Res. 2013, 52 (23), 7752.
doi: 10.1021/ie400627y |
| 28 |
Peng L. ; Xu X. ; Lv Z. ; Song J. ; He M. ; Wang Q. ; Yan L. ; Li Y. ; Li Z. J. Therm. Anal. Calorim. 2012, 110 (2), 749.
doi: 10.1007/s10973-011-1962-2 |
| 29 | Song, J.; Sun, J.; Lu, L.; Xu, X.; Lv, Z. A Kind of Controllable Method for Preparing of Boehmite with Large Surface Area and Large Pore Volume. CN Patent 104692429 B, 2015-02-16. |
| 宋家庆,孙建川,卢磊,徐向宇,吕志.一种大比表面积大孔体积薄水铝石的可控制备方法:中国, CN104692429B[P]. 2015年2月16日. | |
| 30 |
Charles E. ; Corbató. Clay Clay Min. 1985, 33 (1), 71.
doi: 10.1346/CCMN.1985.0330108 |
| 31 |
Tettenhorst R. T. Clay Clay Min. 1988, 36 (2), 181.
doi: 10.1346/CCMN.1988.0360213 |
| 32 |
Sing K. S. W. ; Everett D. H. ; Haul R. A. W. ; Moscou L. ; Pierotti R. A. ; Rouquerol J. ; Siemieniewska T. Pure Appl. Chem. 1985, 57 (4), 603.
doi: 10.1002/9783527610044.hetcat0065 |
| 33 | Schüth, F.; Sing, K. S. W.; Weitkamp, J. Handbook of Porous Solids; Wiley-Vch, 2002, p. 261. doi: 10.1002/9783527618286 |
| 34 |
Wang M. ; Yu X. ; Yang C. ; Yang X. ; Lin M. ; Guan L. ; Ge M. Chem. Eng. J. 2017, 322, 246.
doi: 10.1016/j.cej.2017.03.155 |
| 35 |
Wang S. G. ; Ma Y. ; Shi Y. J. ; Gong W. X. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2009, 84 (7), 1043.
doi: 10.1002/jctb.2131 |
| 36 |
He Y. X. ; Zhang M. L. ; An X. ; Wan G. P. ; Zhu W. J. ; Luo Y. M. Sci. Total Environ. 2019, 688, 184.
doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.06.175 |
| 37 | Lagergren S. K. Seven. Vetensk. Acad. Handl. 1898, 24, 1. |
| 38 |
Ho Y. S. J. Hazard. Mater. 2006, 136 (3), 681.
doi: 10.1002/chin.200648222 |
| 39 |
Langmuir I. J. Am. Chem. Soc. 1916, 38 (11), 2221.
doi: 10.1016/S0016-0032(17)90938-X |
| 40 |
Freundlich H. Z. Phys. Chem. 1907, 57 (1), 385.
doi: 10.1515/zpch-1907-5723 |
| 41 |
Jiménez-Becerril J. ; Solache-Ríos M. ; García-Sosa I. Water Air Soil Pollut. 2012, 223 (3), 1073.
doi: 10.1007/s11270-011-0925-3 |
| 42 |
Kumar E. ; Bhatnagar A. ; Kumar U. ; Sillanpää M. J. Hazard. Mater. 2011, 186 (2-3), 1042.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.11.102 |
| 43 |
Raichur A. M. ; Basu M. J. Sep. Purif. Technol. 2001, 24 (1-2), 121.
doi: 10.1016/S1383-5866(00)00219-7 |
| 44 |
Valdivieso A. L. ; Bahena J. L. R. ; Song S. ; Urbina R. H. J. Colloid Interface Sci. 2006, 298 (1), 1.
doi: 10.1016/j.jcis.2005.11.060 |
| 45 |
de Lint W. B. S. ; Benes N. E. ; Lyklema J. ; Bouwmeester H. J. M. ; van der Linde A. J. ; Wessling M. Langmuir 2003, 19 (14), 5861.
doi: 10.1021/la026864a |
| [1] | 项书宏, 杨旅, 徐应生, 曹国新, 周宏建. 利用碳纳米管分散的亚铁氰化锌钾电极选择性电吸附高盐放射性废水中的铯(Ⅰ)[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100097 - . |
| [2] | 黄鋆, 聂鹏飞, 鲁勇朝, 李佳洋, 王怡文, 刘建允. 丝光沸石负载自支撑氮掺杂多孔碳纳米纤维电容器及高效选择性去除硬度离子[J]. 物理化学学报, 2025, 41(7): 100066 - . |
| [3] | 杨雪琦, 赵俊涛, 叶家伟, 周德森, 狄廷敏, 张军. 调节NNU-55(Fe)的d带中心以增强CO2吸附和光催化活性[J]. 物理化学学报, 2025, 41(7): 100074 - . |
| [4] | 王玉, 石海洋, 陈子涵, 陈峰, 王苹, 王雪飞. 具有富电子Ptδ−壳层的空心AgPt@Pt核壳催化剂:提升光催化H2O2生成选择性与活性[J]. 物理化学学报, 2025, 41(7): 100081 - . |
| [5] | 宋相海, 刘晓颖, 任智祥, 刘想, 汪梅, 吴元锋, 周伟强, 朱志, 霍鹏伟. 氮掺杂显著提升BiOBr光催化还原CO2性能研究[J]. 物理化学学报, 2025, 41(6): 100055 - . |
| [6] | 王慧, LabidiAbdelkader, 任梦涵, ShaikFeroz, 王传义. 微观结构调控的g-C3N4在光催化NO转化中的最新进展:吸附/活化位点的关键作用[J]. 物理化学学报, 2025, 41(5): 100039 - . |
| [7] | 赵艳艳, 吴珍, 张勇, 朱必成, 张建军. 促进电荷分离和增强O2吸附双重策略提升金修饰含硫空位CdIn2S4的光催化产H2O2性能[J]. 物理化学学报, 2025, 41(11): 100142 - . |
| [8] | 严珂欣, 叶兆祺, 孔令涛, 李贺, 杨雪, 张亚红, 张宏斌, 唐颐. 超短c轴盘簇L沸石介晶的晶种诱导合成:形貌控制、解耦机理和增强吸附[J]. 物理化学学报, 2024, 40(9): 2308019 - . |
| [9] | 曹爽, 钟博, 别传彪, 程蓓, 徐飞燕. WO3/Zn0.5Cd0.5S S型异质结光催化产氢耦合有机物转化机理研究[J]. 物理化学学报, 2024, 40(5): 2307016 - . |
| [10] | 汪涛, 董琴, 李存璞, 魏子栋. 锂硫电池中的硫正极电催化认识[J]. 物理化学学报, 2024, 40(2): 2303061 - . |
| [11] | 谢斐, 袁成成, 谭海燕, MoshfeghAlireza Z., 朱必成, 余家国. d带中心调控过渡金属单原子负载COF吸附O2的理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 2407013 - . |
| [12] | 尹鑫宇, 石海洋, 王玉, 王雪飞, 王苹, 余火根. H2O及其中间体在缺电子Mn(3+δ)+位的自发增强吸附及其促进光催化产H2O2性能[J]. 物理化学学报, 2024, 40(10): 2312007 - . |
| [13] | 卢浩然, 魏雅清, 龙闰. 纳米孔缺陷导致单层黑磷电荷局域极大抑制非辐射电子-空穴复合的时域模拟[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2006064 - . |
| [14] | 常明凯, 胡娜, 李遥, 鲜东帆, 周万强, 王静一, 时燕琳, 刘春立. Eu(Ⅲ)在蒙脱石上的吸附及碳酸根和磷酸根对其吸附的影响[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 2003031 - . |
| [15] | 赵康宁, 李潇, 苏东. 高熵纳米合金在电化学催化中的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2009077 - . |
|
||