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活性氧化铝除氟原理

2021-02-02 14:14:58

活性氧化铝物理性能好、强度高、无毒、无味,320m2/g左右的比表面积使活性氧化铝有很大的接触面积,从而有很好的离子交换能力,0.4cm3/g以上的孔容使其有很高的吸附容量,因为其本身易再生,寿命长,成本相对便宜,在各种除氟方法中,是一种行之有效、经济实用的方法。那么活性氧化铝除氟原理就很有必要了解一下。活性氧化铝除去氟离子分为两个作用,吸附作用和离子交换作用。Z后我们总结一下活性氧化铝除氟工艺参数。


一、活性氧化铝的吸附原理


活性氧化铝除氟剂本来就是一种吸附材料,高比表面积和高孔容是吸附材料的基本特征,活性氧化铝具有一定的吸附杂质的作用,其实活性氧化铝可分为大孔(100~500A)、中孔(40~100A)、微孔(<40A),孔径分布从10A~500A不等,活性氧化铝对于小于自身孔径的分子,都具有一定的吸附能力。水中氟主要以离子状态存在,在除氟过程主要是从水中去除离子状态的氟,活性氧化铝的吸附作用占很小一部份,Z重要的还是活性氧化铝的离子交换能力。分子筛厂家


活性氧化铝发生物理吸附和离子交换的化学式:


Al2O3·Al2(SO4)3·XH2O+6F-=Al2O3·2AlF3·XH2O+3SO42-

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二、活性氧化铝的离子交换原理


1、生活饮用水中所含的氟主要以离子状态存在,其在水中的溶解度,远大于允许含氟量(1mg /L)。所以,除氟工艺主要是从水中去除离子状态的氟。活性氧化铝是典型的两性化合物,在酸性条件下,活性氧化铝为阴离子交换剂,其对水中阴离子的选择顺序为:OH->PO43->F->SO42- >Cl-。


2、用硫酸铝再生的活性氧化铝,在除氟过程中。但交换出的SO42-离子毫克当量数与去除的F-和HCO3-离子毫克当量数之和大致相等这一事实,这说明活性氧化铝除氟原理主要是离子交换的机理。将活性氧化铝用硫酸铝或硫酸处理,使其转化成R2SO4型,则按照离子交换顺序,水中的F-离子可靠交换势从活性氧化铝的R2SO4中交换出SO42-离子,从而去掉水中的F-离子。


3、 在除氟过程中,水中的阳离子并未同F-离子一起被去除,试验中下式成立:2NaF+R2SO4⇄2RF+Na2SO4。这就说明了用活性氧化铝除氟,其吸附性能是次要的。用活性氧化铝的R2SO4型离子交换剂除氟,下列反应式是成立的:


R2SO4+2F-⇄2RF+SO42-


R2SO4+2HCO3-⇄2RHCO3+SO42-


4、活性氧化铝交换饱和以后,用硫酸铝再生。再生过程,是靠再生剂的高浓度战胜选择性,使上述反应式向左进行,从而使活性氧化铝得到再生。也可用1%浓度的NaOH再生,再生后滤层呈碱性,必须进行酸化,使滤层转为酸性,才能去除水中的F-离子。


5、实验证明,将原水pH值调低到5.5左右,为除氟环境。国外除氟装置多将原水pH值调至5.5~6.5之间运行。不但除氟效果好,相应也比较经济。国内为节省酸化过程成本,通常将原水pH值小幅度调低,一般控制在6.5~7.0。


地下水活性氧化铝除氟流程


三、除氟工艺参数


1、活性氧化铝的吸附交换容量表示活性氧化铝对水中氟离子吸附交换的能力。一般以每克活性氧化铝吸附交换水中的氟离子毫克数( mgF-/g活性氧化铝),活性氧化铝的吸附交换容量受原水含氟量高低、原水pH值和碱度、过滤接触时间、活性氧化铝滤料粒径及再生情况等条件影响。在设计中采用活性氧化铝的除氟容量1~2mg/g作为其设计工作交换容Z是稳妥的。


2、活性氧化铝滤料粒径在实际使用中,认为活性氧化铝滤料的粒径级配以0.5~2mm为宜,滤料不均匀系数K≤2 。粒径过大, 则一定量的滤料表面积太小,影响吸附交换容量;粒径过小,虽可提高滤料表面积,增加吸附交换容量,但在操作过程中易磨摄破碎,损耗较大。


4、活性氧化铝滤料层厚度,  一般采用1米~1.5米 。料层厚度过小影响过滤接触时间,过滤时水流也容易短路, 过大则要增加水头损失,加大反冲洗强度,能耗高。


5、过滤接触时间过滤时,原水与活性氧化铝滤料的接触时间长短,对滤料的交换容量影响很大,接触时间越长,其吸附交换容量越大,接触时间一般以20~30分钟为宜。

6、再生周期,可采用10天左右时间,以再生周期来确定滤料的用量。 


活性氧化铝除氟原理一般认为就氟离子交换和物理吸附双重作用,其中起重要作用的是离子交换作用。


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