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黄河流域高氟矿井水新型无机复合除氟剂研制及机理研究
1
作者
孙华冉
章丽萍
+4 位作者
刘思莹
王伟伟
李蕙彤
连泽谕
战永祺
《环境科学研究》
北大核心
2025年第11期2504-2514,共11页
黄河流域大部分煤矿在生产过程中会产生高氟矿井水,超标的氟离子严重危害生态与人体健康,制约矿井水的再利用,因此高效去除矿井水中氟离子对煤炭行业可持续发展和生态健康至关重要。该研究制备了一种新型聚合硅酸高效除氟剂(CM-PSAF),...
黄河流域大部分煤矿在生产过程中会产生高氟矿井水,超标的氟离子严重危害生态与人体健康,制约矿井水的再利用,因此高效去除矿井水中氟离子对煤炭行业可持续发展和生态健康至关重要。该研究制备了一种新型聚合硅酸高效除氟剂(CM-PSAF),使用响应曲面法优化CM-PSAF制备条件,探讨CM-PSAF的最佳试验条件,并用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对CM-PSAF进行表征,使用Materials Studio 2020软件模拟计算吸附能,探究CM-PSAF的除氟机制。结果表明:①CM-PSAF中各种金属摩尔比n_(Al)/n_(Fe)、n_(Al)/n_(Ca)、n_(Al)/n_(Mg)和n_(M(总金属))/n_(Si)分别为40.0、40.0、32.2和37.7,搅拌速率为482 r/min、搅拌时间为5 min时制备的CM-PSAF除氟效果最好。②经过除氟试验得出,除氟最适条件为搅拌速率100 r/min、搅拌时间10 min、反应结束后调pH至6~7。③经过模拟计算得到,CM-PSAF中主要成分Mg_(2)SiO_(4)与Al_(2)(SiO_(4))(OH)_(2)对氟离子的吸附距离分别为4.674与2.654Å,吸附能分别为−18.56与−36.48 kcal/mol。④CM-PSAF主要通过静电与氢键吸附氟离子并形成沉淀,从而将氟离子去除。⑤CM-PSAF应用于实际高氟矿井水的处理,可将初始氟离子浓度从3.96与7.59 mg/L稳定地降到1 mg/L以下,处理成本分别为1.05和1.65元/m^(3)。研究显示,研制的CM-PSAF对高氟矿井水具有优异的处理效果,且适用范围广、受干扰因素少,吨水处理成本比市场5种除氟剂低50%以上。
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关键词
新型高效除氟剂
高氟矿井水
除氟机理
吸附能模拟计算
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职称材料
题名
黄河流域高氟矿井水新型无机复合除氟剂研制及机理研究
1
作者
孙华冉
章丽萍
刘思莹
王伟伟
李蕙彤
连泽谕
战永祺
机构
中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院
黄河流域生态保护和高质量发展联合研究中心
出处
《环境科学研究》
北大核心
2025年第11期2504-2514,共11页
基金
黄河流域生态保护和高质量发展联合研究项目(No.2022-YRUC-01-0203)。
文摘
黄河流域大部分煤矿在生产过程中会产生高氟矿井水,超标的氟离子严重危害生态与人体健康,制约矿井水的再利用,因此高效去除矿井水中氟离子对煤炭行业可持续发展和生态健康至关重要。该研究制备了一种新型聚合硅酸高效除氟剂(CM-PSAF),使用响应曲面法优化CM-PSAF制备条件,探讨CM-PSAF的最佳试验条件,并用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对CM-PSAF进行表征,使用Materials Studio 2020软件模拟计算吸附能,探究CM-PSAF的除氟机制。结果表明:①CM-PSAF中各种金属摩尔比n_(Al)/n_(Fe)、n_(Al)/n_(Ca)、n_(Al)/n_(Mg)和n_(M(总金属))/n_(Si)分别为40.0、40.0、32.2和37.7,搅拌速率为482 r/min、搅拌时间为5 min时制备的CM-PSAF除氟效果最好。②经过除氟试验得出,除氟最适条件为搅拌速率100 r/min、搅拌时间10 min、反应结束后调pH至6~7。③经过模拟计算得到,CM-PSAF中主要成分Mg_(2)SiO_(4)与Al_(2)(SiO_(4))(OH)_(2)对氟离子的吸附距离分别为4.674与2.654Å,吸附能分别为−18.56与−36.48 kcal/mol。④CM-PSAF主要通过静电与氢键吸附氟离子并形成沉淀,从而将氟离子去除。⑤CM-PSAF应用于实际高氟矿井水的处理,可将初始氟离子浓度从3.96与7.59 mg/L稳定地降到1 mg/L以下,处理成本分别为1.05和1.65元/m^(3)。研究显示,研制的CM-PSAF对高氟矿井水具有优异的处理效果,且适用范围广、受干扰因素少,吨水处理成本比市场5种除氟剂低50%以上。
关键词
新型高效除氟剂
高氟矿井水
除氟机理
吸附能模拟计算
Keywords
new efficient defluorination agent
high fluoride mine water
defluorination mechanism
adsorption energy simulation calculation
分类号
X703 [环境科学与工程—环境工程]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
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1
黄河流域高氟矿井水新型无机复合除氟剂研制及机理研究
孙华冉
章丽萍
刘思莹
王伟伟
李蕙彤
连泽谕
战永祺
《环境科学研究》
北大核心
2025
0
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