天然鋁硅酸鹽礦物對(duì)氟離子的吸附性能研究

盧承龍，茍曉琴，韓海生,孫偉

中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083

前 言

氟是一種積累毒物，含氟污染物主要來(lái)源于氟礦物的開(kāi)采、玻璃刻蝕加工、金屬的電解或電鍍、磷肥生產(chǎn)、鋼鐵冶煉和煤炭燃燒等工業(yè)所產(chǎn)生的排放物[1-3]。環(huán)境中過(guò)量氟化物對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，體內(nèi)攝入過(guò)量的氟會(huì)干擾多種酶的活性，破壞鈣、磷的代謝平衡，出現(xiàn)不同程度的氟骨病[4]。因此，含氟污水的凈化是當(dāng)今各行業(yè)面臨的緊迫任務(wù)。從工業(yè)廢水和飲用水中去除氟化物的有效技術(shù)主要涉及化學(xué)沉淀[5]、反滲透[6]、吸附[7]、混凝沉降法[8]、離子交換法樹(shù)脂法[9]等。吸附是一種有效的離子交換或表面化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，然而復(fù)雜的吸附材料制備過(guò)程以及原料的高成本限制了吸附劑的實(shí)際應(yīng)用。另一方面，鋁土礦、石膏、活性氧化鋁、活性炭等材料[10-12]被用作吸附劑從溶液中去除氟離子取得了良好的研究進(jìn)展。因此，進(jìn)一步探索天然低成本的氟離子吸附劑，實(shí)現(xiàn)高效率和低成本的氟化物去除是非常有意義的。

鋁硅酸鹽是硅酸鹽中SiO4四面體的一部分被AlO4四面體取代組成，常見(jiàn)礦物例如一水鋁石、高嶺土，沸石等[13,14]。該類礦物廣泛用于去除水溶液中的Pb2+、Cr3+、Cu2+、Cd2+等重金屬污染物[15,16]。其對(duì)金屬離子的吸附機(jī)理為礦物內(nèi)部分Si-O四面體中的Si4+與Fe3+，或Al-O八面體內(nèi)的Al3+與Mg2+、Ca2+等低價(jià)離子發(fā)生置換，使得其層間荷負(fù)電，因此表面對(duì)陽(yáng)離子具有較強(qiáng)的吸附能力[17]。同時(shí)，鋁硅酸鹽類礦物具有很空曠的硅氧骨架，在結(jié)構(gòu)中有許多交叉的孔道以及較大內(nèi)表面積的孔洞，是從水溶液中吸附氟離子的潛在天然材料。鑒于此，本文主要考察了天然鋁硅酸鹽礦物通過(guò)吸附法來(lái)處理高濃度含氟廢水的應(yīng)用情況，并通過(guò)溶液化學(xué)分析、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)等檢測(cè)對(duì)氟離子的吸附機(jī)理進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)使用的含氟模擬廢水為氟化鈉(60 ℃的恒溫干燥箱中干燥4 h，取出冷卻到室溫)與適量去離子水配制的氟離子質(zhì)量濃度為150 mg/L的NaF溶液。

一水硬鋁石(Al2O3·H2O)和三水鋁石(Al2O3·3H2O)來(lái)源于河北某鋁土礦，純度按氧化鋁計(jì)分別為81.23%、61.69%。高嶺石(Al4[Si4O10](OH)8)來(lái)源于江西某高嶺土礦，純度為81.45%。使用前，均采用小型破碎機(jī)(Grinder，Type JC6)對(duì)礦物進(jìn)行破碎，混合均勻后用振動(dòng)磨(ZHM-1A)磨細(xì)，分別用0.074、0.037、0.023、0.018 mm篩子進(jìn)行濕篩，得到的不同粒級(jí)天然鋁硅酸鹽礦物在40 ℃恒溫箱中烘干，裝袋備用。

試驗(yàn)所用試劑為：氟化鈉、溴甲酚綠、檸檬酸、檸檬酸三鈉、乙醇、氟化鈣，硝酸、硫酸、氫氧化鈉作為pH值調(diào)整劑，所用試劑均為分析純。

1.2 氟離子吸附單因素試驗(yàn)

首先將50 mL模擬廢液置于錐形瓶中并調(diào)至所需pH值，然后加入一定量的天然鋁硅酸鹽礦物，將保鮮膜封口后的錐形瓶置于轉(zhuǎn)速200 r/min、溫度25 ℃的恒溫振蕩器中震蕩一定時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后將廢液離心后用針孔過(guò)濾器(0.45 μm)取上清液進(jìn)行氟離子濃度的測(cè)定。濾渣洗滌、烘干后進(jìn)行FTIR、XPS分析。試驗(yàn)中，系統(tǒng)探究溶液pH值、高嶺石用量、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)氟離子去除結(jié)果的影響。

試驗(yàn)中，氟離子的吸附去除率計(jì)算如下：

(1)

Re——吸附去除率，%；

C0——溶液中起始氟離子濃度，mg/L；

Ct——反應(yīng)后溶液中氟離子濃度，mg/L。

1.3 吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)方法

在一系列錐形瓶中加入50 mL的含氟模擬廢液再加入高嶺石，用量為10 g/L，溶液pH值為1.5?？刂品磻?yīng)時(shí)間分別為0、1、2、3、4、5、10、30、60、120 min。將反應(yīng)后的濁液經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后得到澄清液，再通過(guò)飽和甘汞電極法測(cè)定溶液中氟離子濃度。

1.4 吸附等溫線試驗(yàn)方法

配制質(zhì)量濃度分別為30、50、60、80、100 mg/L的模擬液，取50 mL模擬液于錐形瓶中再加入10g/L的高嶺石，反應(yīng)10 min后濁液經(jīng)過(guò)0.45 μm濾膜過(guò)濾后得到澄清液，并測(cè)定氟離子濃度。

1.5 分析及檢測(cè)方法

采用飽和甘汞電極法進(jìn)行氟離子濃度的檢測(cè)[18]。采用XRD(D8 Advance，Germany)、FTIR(Nicolet IS 50，America)、XPS(ESCALAB250Xi，America)、SEM(JEOLJSM-7500F，Japan)分析天然高嶺石與反應(yīng)產(chǎn)物的組分、形貌特征。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 天然鋁硅酸鹽礦物去除含氟廢水中氟離子的對(duì)比試驗(yàn)

選用一水硬鋁石(Al2O3·H2O)、三水鋁石(Al2O3·3H2O)、高嶺石(Al4[Si4O10](OH)8)作為氟離子的吸附劑，比較三種除氟劑在不同pH值條件下的除氟效果。取初始氟離子濃度為150 mg/L的模擬溶液50 mL于錐形瓶中，天然鋁硅酸鹽純礦物的用量為15 g/L、粒度為-18 μm，在轉(zhuǎn)速200 r/min、溫度25 ℃的恒溫振蕩器中振蕩60 min。探索在不同的溶液初始pH值(1.5、3、5、7、9、10、11)下天然鋁硅酸鹽礦物對(duì)氟離子的吸附能力。

試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，高嶺石的除氟率在不同pH值下明顯高于另外兩種鋁土礦，其除氟率與pH值關(guān)系呈U字形，最佳除氟率為80.11%。兩種鋁土礦的除氟率均較低，三水軟鋁石、一水硬鋁石的最高除氟率分別為41.74%、25.77%，隨pH值增大除氟率減小且pH>5時(shí)除氟率幾乎為零。這是因?yàn)樵趬A性條件下，鋁土礦表面荷負(fù)電與F-產(chǎn)生靜電排斥[19]所致。同時(shí)，OH-對(duì)活化點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用使鋁土礦的Al-O八面體鏈狀結(jié)構(gòu)更加緊密，F(xiàn)-離子難以在其結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生擴(kuò)散[20]。

圖1 pH值對(duì)三種鋁硅酸鹽礦物除氟的影響Fig.1 Effect of pH on defluorination of three aluminosilicate minerals

2.2 高嶺石表征

高嶺石的除氟率在不同pH值條件下均高于鋁土礦，因此在后續(xù)研究中針對(duì)高嶺石的除氟過(guò)程進(jìn)行了深入分析。高嶺石屬于11型層狀硅酸鹽礦物，由于具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出較大的比表面積[21]。通過(guò)粒度與比表面積檢測(cè)得到高嶺石的表面積平均粒度為2.181 μm，體積平均粒度為6.66 μm，比表面積為18.61 m2/g。同時(shí)，對(duì)高嶺石進(jìn)行SEM、XRD檢測(cè)分析結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

如圖2(a)所示，天然高嶺石為假六方片狀，其結(jié)構(gòu)單元是由硅氧四面體和鋁氧八面體組成，疏松的結(jié)構(gòu)有利于高嶺石對(duì)氟離子的吸附。圖2(b)顯示高嶺石的XRD特征衍射峰尖銳，說(shuō)明此次試驗(yàn)所用天然高嶺石結(jié)晶良好。高嶺石的XRD半定量分析結(jié)果見(jiàn)表1所示。由表中結(jié)果可知，天然高嶺石礦物中主要含高嶺石與石英，含少量的一水硬鋁石與三水鋁石。

圖2 天然高嶺石的(a)SEM圖，(b)XRD圖Fig.2 (a) SEM and (b) XRD of natural kaolinite

表1 天然高嶺石的礦物含量Table 1 Mineral contents of natural kaolinite

2.3 高嶺石去除氟離子的單因素條件試驗(yàn)

2.3.1 pH值對(duì)除氟效果的影響

高嶺石的結(jié)構(gòu)式為Al2[Si2O5](OH)4，其單元層的內(nèi)表面羥基具有兩性性質(zhì)，當(dāng)環(huán)境pH值低于高嶺石零電荷點(diǎn)(PZC)時(shí)可得質(zhì)子成為帶正電荷表面，當(dāng)環(huán)境pH值高于PZC時(shí)又可失質(zhì)子成為帶負(fù)電荷表面，使得高嶺石表面活性增加。因此探索了體系pH值分別為1.5、2、3、5、7、9、11、12、13時(shí)，高嶺石對(duì)氟離子的去除率，試驗(yàn)中其他試驗(yàn)條件保持不變。

圖3 (a)溶液pH值對(duì)氟離子去除率的影響；(b)模擬含氟廢液的pC-pH圖Fig.3 (a) Effect of solution pH on removal efficiency of fluoride ions;(b) Simulated pC-pH diagram of fluoride-containing wastewater

模擬廢水中，F(xiàn)元素以F-、HF兩種形式存在，根據(jù)公式(2)和(3)，可計(jì)算出常溫下模擬廢水中F的兩種形式濃度隨pH值的變化，結(jié)果如圖3(b)所示。

F-+H+=HF β1=10-3.45

(2)

αF=1+β1[H+]

(3)

如圖3(a)所示，在酸性條件下(pH<5)，高嶺石對(duì)氟離子的去除率隨著pH值的增加而降低，在pH=1.5時(shí)氟離子的去除率最高，達(dá)到83.69%。由圖3(b)可知，此時(shí)溶液中HF分子為氟離子的主要存在形式。高嶺石是層狀晶體結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，氟化物對(duì)高嶺石有一定的插層作用，并對(duì)層間羥基進(jìn)行取代[22]。在低pH值條件下，高嶺石外表面和邊緣的羥基可以接受溶液中的質(zhì)子，使其表面帶正電荷使F離子作為反離子被吸附，方程如下[23]：

M-OH+H+=M-OH2+

(4)

M-OH+OH-=MO-+H2O

(5)

在pH值為5～9的條件下，高嶺石的鋁氧面在溶液 pH 值大于PZC(零電點(diǎn)，約為3.5～4.6[24])時(shí)脫質(zhì)子而帶負(fù)電荷，而此時(shí)含氟廢液中氟化物主要以F-形式存在，因靜電斥力的存在導(dǎo)致高嶺石對(duì)氟離子的去除率較低。在體系pH>9的堿性條件下，天然高嶺石與強(qiáng)堿作用后,促使Si4+、Al3+溶出，導(dǎo)致其內(nèi)部層間距增大,促進(jìn)氟離子在其層間的吸附[25]。同時(shí)，Al3+在堿性條件下的絮凝作用有利于氟離子的進(jìn)一步去除[26]。因此氟離子的去除率隨著pH值的增加而提升。當(dāng)pH=13時(shí)氟離子去除率達(dá)82.44%。在實(shí)際的生產(chǎn)中大部分需求是在酸性體系下實(shí)現(xiàn)對(duì)氟離子的去除，如硫酸鋅浸出液在電解煉鋅前的除氟，玻璃刻蝕酸液、貴金屬溶蝕加工廢液，電鍍酸洗廢液等。因此酸性條件下氟離子的去除更具有實(shí)際意義，選定高嶺石對(duì)氟離子的最佳去除pH值為1.5。

2.3.2 高嶺石用量對(duì)除氟效果的影響

調(diào)節(jié)含氟廢液的pH=1.5，在高嶺石加入量分別為：1 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L、25 g/L時(shí)，考察了高嶺石用量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，氟離子的去除率先隨高嶺石用量的增加而迅速增加，隨后在用量為10 g/L時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)氟離子的去除率為80.77%。高嶺石對(duì)氟離子的吸附容量隨著用量的增加逐漸下降。在高嶺石用量為1 g/L時(shí)，達(dá)最大吸附容量，為22.71 mg/g。

圖4 高嶺石用量對(duì)氟離子去除率的影響Fig.4 Effect of kaolinite dosage on fluoride removal efficiency

2.3.3 粒度對(duì)除氟效率的影響

用-100+200目、-200+400目、-400+600目、-600+800目、-800目的高嶺石分別對(duì)含氟溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，考察高嶺土粒度對(duì)其除氟率的影響。研究中，其他試驗(yàn)條件為：高嶺石用量10 g/L、pH=1.5、T=25 ℃、反應(yīng)時(shí)間為60 min，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明，氟離子去除率隨著高嶺石的粒度的減小而增大。高嶺石粒度越小其比表面積越大，吸附氟離子的能力越強(qiáng)。

圖5 高嶺石粒度對(duì)氟離子去除率的影響Fig.5 Effect of Kaolinite Particle Size on Fluoride Removal Efficiency

2.3.4 吸附時(shí)間對(duì)除氟效率的影響

其他試驗(yàn)條件保持不變，控制吸附時(shí)間分別為1、2、3、4、5、10、15、30、60、120 min時(shí)，考察了不同時(shí)間高嶺石對(duì)氟離子去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明，高嶺石對(duì)氟離子的吸附率隨時(shí)間呈線性增長(zhǎng)，在10 min后達(dá)到吸附平衡，氟離子去除率達(dá)到80.23%，高嶺土對(duì)氟離子的飽和吸附容量為8.08 mg/g。

圖6 吸附時(shí)間對(duì)氟離子去除率的影響Fig.6 Effect of adsorption time on fluoride removal efficiency

通過(guò)單因素條件試驗(yàn)可得出，高嶺石吸附氟離子的最佳試驗(yàn)條件為：pH=1.5、反應(yīng)時(shí)間10 min、粒度為-18 μm、用量為10 g/L。在該條件下，高嶺石對(duì)溶液中原始濃度為150 mg/L氟離子的平均去除率為80.13%。

2.4 高嶺石除氟的機(jī)理研究

2.4.1 吸附動(dòng)力學(xué)研究

高嶺石對(duì)氟離子的去除是通過(guò)表面對(duì)氟離子的吸附，為更好地研究其吸附機(jī)理并為其除氟提供依據(jù)，進(jìn)行了相關(guān)動(dòng)力學(xué)研究。動(dòng)力學(xué)準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)以及吸附容量的計(jì)算方程如下：

吸附容量的計(jì)算方程式為：

(6)

準(zhǔn)一級(jí)方程表示為：

lg(Qe-Qt)=tg(Qe)-k1t

(7)

準(zhǔn)二級(jí)方程為：

(8)

C0—溶液中氟離子的初始質(zhì)量濃度，mg/L；

Ct—t時(shí)溶液中氟離子的質(zhì)量濃度，mg/L；

m—高嶺石的質(zhì)量，g；

Qe—平衡時(shí)的氟離子的吸附容量，mg/g；

Qt—t時(shí)氟離子的吸附容量，mg/g；

k—準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)，min-1；

t— 除氟劑與模擬溶液的反應(yīng)時(shí)間，min；

K2— 準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。

以log(Qe-Qt)為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)繪制準(zhǔn)一級(jí)的線性擬合圖7(a)，以t/Qt為縱坐標(biāo)，時(shí)間t為準(zhǔn)橫坐標(biāo)進(jìn)行線性擬合后得圖7(b)，相關(guān)參數(shù)如表2。

圖7 高嶺石準(zhǔn)一級(jí)(a)準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)擬合(b)Fig.7 (a) Kinetic fitting of quasi-first-order;(b) Quasi-second-order adsorption of kaolinite

隨著吸附反應(yīng)的進(jìn)行，Qe在前5 min顯著增加，隨后增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，并在10 min后到達(dá)平衡。如圖7所示，準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性較差，擬合優(yōu)度R2=0.9038，在平衡時(shí)高嶺土對(duì)氟離子的理論吸附容量(Qe=1.1618 mg/L)偏離試驗(yàn)結(jié)果(Q=8.08 mg/L)。準(zhǔn)二級(jí)擬合與試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的一致性，R2=0.9999，k2=8.045 min-1，理論吸附容量(Qe=8.0244 mg/g)幾乎等于試驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果表明，高嶺石對(duì)溶液中氟離子的吸附過(guò)程發(fā)生了離子交換，涉及電子共享或得失[27]。高嶺石對(duì)氟離子的吸附容量要優(yōu)于常見(jiàn)的天然吸附材料[28](見(jiàn)表3)。

表3 天然吸附材料對(duì)氟離子的吸附容量比較/(mg·g-1)Table 3 Comparison of adsorption capacity of natural adsorption materials for fluorine ions

2.4.2 吸附等溫線

為進(jìn)一步探究高嶺石對(duì)溶液中氟離子的吸附方式，采用Langmuir方程和Freundlich方程對(duì)高嶺石的吸附等溫線進(jìn)行擬合分析。通過(guò)Origin對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后得圖8，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

Langmuir方程為：

(9)

Freundlich方程為：

(10)

K1—Langmuir平衡常數(shù)，L/g；

n—常數(shù)，mg/g；

Ce—反應(yīng)后溶液中氟離子的濃度，mg/L；

K2—Freundlich常數(shù)。

圖8 高嶺石吸附氟離子的(a) Langmuir、(b) Freundlich吸附等溫線Fig.8 (a) Langmuir and (b) Freundlich adsorption isotherms of fluoride ions on kaolinite

表4 Langmuir、Freundlich吸附等溫線擬合吸附過(guò)程的回歸參數(shù)Table 4 Langmuir and Freundlich adsorption isotherms fitting regression parameters of adsorption

由表4可知，F(xiàn)reundlich模型R2=0.9688優(yōu)于Langmuir模型R2=0.9518，F(xiàn)reundlich模型較符合高嶺石吸附氟的規(guī)律特性。該結(jié)果說(shuō)明高嶺石對(duì)模擬廢液中氟離子的吸附過(guò)程屬于單層吸附[29]。計(jì)算得1/n值較小且0.1<1/n<0.5，表示該吸附過(guò)程容易進(jìn)行，且為間歇性吸附。

2.4.3 傅里葉紅外分析

在最佳試驗(yàn)條件下將天然高嶺石與含氟溶液反應(yīng)后的固體渣進(jìn)行傅里葉紅外分析，其試驗(yàn)結(jié)果如圖9。

圖9 天然高嶺石及除氟渣的FTIR全譜(a)，F(xiàn)TIR局部窄譜(b)Fig.9 (a) FTIR full spectrum and (b) FTIR local narrow spectrum of natural kaolinite and defluorinated residue

由圖9 (a)可知，天然高嶺石的四個(gè)羥基吸收峰分別是3 696 cm-1、3 653 cm-1、3 669 cm-1、3 620 cm-1，但樣品中只出現(xiàn)了兩種羥基的振動(dòng)吸收峰，這是由于高嶺石在研磨的過(guò)程中羥基峰發(fā)生了合并[30,31]。除氟后，表面羥基振動(dòng)吸收峰(3 694.46 cm-1)、內(nèi)羥基振動(dòng)吸收峰(3 620.45 cm-1)均變得尖銳，說(shuō)明高嶺石在強(qiáng)酸體系除氟過(guò)程中發(fā)生了一定的脫羥基作用，有利于羥基與氟離子的離子交換[32]。圖9 (b)分別為天然高嶺石除氟前、后的紅外光譜局部窄譜圖(3 100 cm-1～2 000 cm-1)，高嶺石在吸附氟離子后出現(xiàn)了F的振動(dòng)峰，說(shuō)明氟離子吸附后高嶺石的表面有氟化物附著。

2.4.4 XPS分析

XPS結(jié)果如圖10所示，高嶺石吸附氟離子后在能帶為685.66 eV處出現(xiàn)F元素的特征峰，說(shuō)明高嶺石在發(fā)生吸附反應(yīng)后表面有氟化物的附著。高嶺石除氟前、后表面元素的原子含量如表5所示。除氟后高嶺石表面的鋁原子含量減少，氟原子含量增加，說(shuō)明在酸性體系下高嶺石表面存在Al3+溶出，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致[23]，氟原子含量增加說(shuō)明氟離子在高嶺石表面發(fā)生有效附著。

圖10 天然高嶺石及除氟渣的XPS全譜(a)，F(xiàn)1s的XPS窄譜(b)Fig.10 (a) XPS full spectrum of natural kaolinite and defluorinated residue,(b) XPS narrow spectrum of F1s

表5 天然高嶺石及除氟后表面原子含量Table 5 Atomic content on the surface of natural kaolinite and defluorinated residue

圖11 Al 2p XPS圖譜：(a)天然高嶺石Al 2p3/2,Al 2p1/2；(b)氟離子吸附后高嶺石的Al 2pFig.11 XPS Atlas of Al 2p:(a) Al 2p 3/2 of natural kaolinite and Al 2p 1/2;(b) Al 2p of kaolinite adsorbed by fluoride ions

圖11(a)對(duì)天然高嶺石的Al2p軌道進(jìn)行分峰可知，圖譜中能帶為74.69 eV、75.15 eV分別對(duì)應(yīng)Al-OH鍵的2p3/2以及2p1/2軌道[33]。圖11(b)顯示氟離子吸附后，高嶺石表面在75.36 eV處出現(xiàn)新的特征峰，根據(jù)文獻(xiàn)知這是Al-F鍵[34]。這說(shuō)明氟離子與高嶺石中的羥基發(fā)生離子交換，且在高嶺石表面生成Al-F鍵。

3 結(jié)論

(1) 高嶺石由于具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出較大的比表面積，其對(duì)氟離子的去除率明顯高于一水硬鋁石、三水鋁石，三種鋁硅酸鹽礦物對(duì)氟離子的最佳去除率分別為83.69%、25.77%、41.74%。

(2) 高嶺石單元層的內(nèi)表面羥基具有兩性性質(zhì)，因此在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿環(huán)境下對(duì)氟離子的去除率較大。高嶺石的質(zhì)子化、脫羥基作用以及Si4+、Al3+溶出造成的硅鋁酸鹽層間間隙增大是氟離子被吸附去除的主要原因。在溫度25 ℃、高嶺石用量10 g/L、粒度-18 μm、pH=13的條件下反應(yīng)10 min，氟離子去除率可達(dá)82.44%。

(3) 吸附動(dòng)力學(xué)研究表明高嶺石對(duì)氟離子的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)吸附模型，其理論吸附容量Qe=8.0244 mg/g，吸附等溫線符合Freundlich吸附模型屬于單層吸附。高嶺石在吸附過(guò)程中發(fā)生了脫羥基作用，氟離子與高嶺石中的羥基發(fā)生離子交換，且在高嶺石表面生成Al-F鍵。