蛇纹石负载羟基磷灰石对矿区地下水中氟、铁和锰的动态吸附性能

李喜林¹，于晓婉¹，李磊²，王来贵³，刘思源¹

1. 辽宁工程技术大学土木工程学院2. 中煤科工能源科技发展有限公司3. 辽宁工程技术大学力学与工程学院

摘 要：针对矿区地下水中氟、铁、锰污染超标问题,利用湿法化学共沉淀法制备蛇纹石负载羟基磷灰石（Srp/HAP）复合吸附剂,通过动态吸附试验,研究Srp/HAP对F^-,Fe²⁺,Mn²⁺的同步吸附性能,考察吸附床高度、流速及进水质量浓度对穿透过程的影响。采用Adams-Bohart,Thomas模型拟合和SEM,EDS,XRD,BET,FT-IR等微观表征,分析Srp/HAP对F^-,Fe²⁺,Mn²⁺的吸附机理。结果表明,制备的Srp/HAP复合吸附剂颗粒紧实,既有Srp表面的片状卷曲结构,又解决了HAP表面团聚问题,负载后颗粒的比表面积、孔容均有明显增加,具有较好的表面孔隙结构,有利于氟、铁、锰的同步吸附去除。吸附柱吸附总量随床柱传质区高度的增加和3种离子初始质量浓度的升高而增加;在进水流速为4 m L/min时动态柱对离子的动态吸附容量最高,流速过大和过小都不利于复合吸附剂的动态吸附;在吸附剂填充高度15 cm,进水流速为4 m L/min时,动态柱对初始质量浓度分别为5,20和5 mg/L的F^-,Fe²⁺,Mn²⁺的最大动态吸附容量分别为1.567,7.008和1.615 mg/g。采用Thomas模型能较好描述Srp/HAP对F^-,Fe²⁺,Mn²⁺的吸附动力学特征。微观分析表明,吸附过程既有表面物理吸附,也有化学吸附,化学吸附主要表现为离子交换和表面络合作用。F^-部分取代HAP中的OH^-,Fe²⁺和Mn²⁺则取代Srp中的Mg²⁺,使得F^-,Fe²⁺,Mn²⁺在复合颗粒表面的赋存状态主要以Fe₃Si₂（OH）₄O₅,Mn₃Si₂（OH）₄O₅,Ca₅（PO₄）₃F化合物存在,另外HAP晶体表面的PO₄^3-与Fe²⁺和Mn²⁺也可能发生络合作用。蛇纹石负载羟基磷灰石复合颗粒可作为矿区处理含氟、铁、锰离子地下水的优良吸附剂。

关键词：氟;铁;锰;蛇纹石;羟基磷灰石;动态吸附;Thomas模型;