蛇纹石负载HAP吸附剂：高效去除地下水中氟、铁、锰的研究

本文研究了蛇纹石负载羟基磷灰石（Srp/HAP）在解决矿业地下水中氟、铁和锰污染问题上的应用。作者采用湿法化学共沉淀法制备出高效的Srp/HAP复合吸附剂，通过动态吸附试验探讨了该吸附剂对F-、Fe2+和Mn2+的同步吸附性能，并考察了吸附床高度、流速以及进水质量浓度对吸附过程的影响。 首先，Srp/HAP复合吸附剂表现出优良的特性，其颗粒紧密且带有Srp的片状卷曲结构，同时解决了HAP的表面团聚问题。加载蛇纹石后，吸附剂的比表面积和孔容显著增加，这为其提供了良好的表面孔隙结构，有利于氟、铁和锰的高效去除。实验结果显示，随着吸附床高度的提升和离子初始质量浓度的增加，吸附柱的总吸附量也随之增大。 在流速方面，动态吸附实验发现，当进水流速为4 mL/min时，复合吸附剂的动态吸附容量达到峰值，过高的或过低的流速都会对吸附效果产生负面影响。具体来说，在吸附剂填充高度15 cm、进水流速4 mL/min条件下，对初始质量浓度分别为5、20和5 mg/L的F-、Fe2+和Mn2+，最大动态吸附容量分别为1.567、7.008和1.615 mg/g。 吸附动力学研究中，采用Adams-Bohart模型和Thomas模型对Srp/HAP的吸附行为进行了拟合，发现Thomas模型能够较好地描述F-、Fe2+和Mn2+的吸附动力学特性。微观分析进一步揭示，吸附过程包含物理吸附和化学吸附，其中离子交换和表面络合作用是主要的化学吸附机制。F-主要通过替换HAP中的OH-，而Fe2+和Mn2+则占据了Srp中的Mg2+位置，使得这些离子在复合颗粒表面主要以Fe3Si2(OH)4O5、Mn3Si2(OH)4O5和Ca5(PO4)3F的形式存在。此外，HAP晶体表面的PO4-3也可能与Fe2+和Mn2+形成络合物。 蛇纹石负载羟基磷灰石复合颗粒作为一种有效的吸附剂，对于处理含有高浓度氟、铁和锰离子的地下水具有重要的实际应用价值，尤其在优化工艺参数如吸附床高度、流速控制下，能够实现污染物的有效去除。这项研究不仅为矿业废水治理提供了新的策略，也为深入理解吸附机理和优化吸附材料设计提供了理论依据。