活性氧化铝除氟原理与影响因素

一、活性氧化铝除氟原理

1.活性氧化铝的技术参数

活性氧化铝是一种用途很广的吸附剂，是一种常用的干燥剂。活性氧化铝除氟通常称为吸附除氟，实际上是借离子交换作用除氟。活性氧化铝是把氧化铝的水化物经400-600℃灼烧而成，属于γ^-氧化铝，是一种多孔吸附剂，有较大的表面积。

一些除氟用的活性氧化铝主要技术指标见下表：

    地下水原水中除含氟外，同时含有硬度(Ca²⁺、Mg²⁺)、碱度、盐酸根(Cl^-)、重碳酸根(HCO₃^-)等。在活性氧化铝除氟过程，除SO₄^2-含量增加之外其他物质均有减少(即也去除了一部分)，其中碱度、HCO₃^-等去除较明显。下表是某规格活性氧化铝除氟试验结果的数据：

2.活性氧化铝对阴离子吸附交换的选择性
活性氧化铝的分子式为(Al₂O₃)_n·H₂SO₄。可吸附交换的离子为SO₄^2-，而(Al₂O₃)_n·H₂²⁺是母体，用符号R表示，因SO₄^2-是负二价，则分子式成为R₂SO₄称为交换基团，对原水中的阴离子能进行吸附交换，其吸附交换按选择性的大小，顺序为：OH^- > PO₄^2- > F^-> SO₄^2- > Cl^- > HCO₃^-> HSiO₃^-

可见F^-的亲和力(选择性)大于R₂SO₄上的SO₄^2-，因此除氟时水中的F^-易把R₂SO₄交换下来，成为新的交换基团RF。要使活性氧化铝恢复其除氟能力，则就要用SO₄^2-再把RF上的F^-交换下来重新成为R₂SO₄，这就是再生，因SO₄^2-选择性小于F^-，故要困难些，这就是离子交换选择性的关系。

3.除氟原理

首先必须用硫酸铝溶液对氧化铝进行活化，使之转化成硫酸盐型，其反应式为:活化后的氧化铝除氟反应为：R₂SO₄+2F^-→2RF+SO₄^2-
活性氧化铝吸氟饱和后，失去了除氟交换能力，需用硫酸铝溶液进行再生。因SO₄^2-亲和力小于F^-，故Al₂ (SO₄)₃用量远大于除氟量，溶液浓度为1%-2%。再生反应为：2RF+SO₄^2-→R₂SO₄+2F^-

活性氧化铝在除氟的过程中，同时吸附交换水中的重碳酸根HCO₃^-、而地下水中HCO₃^-的含量较高，远大于F^-的含量，因此相当大的一部分交换容量用于HCO₃^-，使除氟容量大大减少。其交换和再生的反应式分别为：R₂SO₄+HCO₃^-→RHCO₃+SO₄^2-2RHCO₃+SO₄^2-→R₂SO₄+2HCO₃^-
二、影响活性氧化铝除氟的因素

1.颗粒粒径

颗粒粒径越小，交换容量越大；颗粒粒径越大，交换容量越小。粒径小，离子交换的内扩散距离短，扩散速度快，易交换，效果好。

但粒径越小，颗粒的强度越低，会影响其使用寿命，因此颗粒粒径不能太小，一般粒径以0.5-2mm之间为好。

2.原水的pH

在碱性条件下除氟较困难，故除氟在偏酸性条件下进行，pH值越低(pH<6.0条件下)，活性氧化铝除氟的吸附容量越高。通常情况下，地下水除氟的pH值在6-7之间。

3.原水初始氟浓度

初始氟浓度越高，吸附交换容量越大。但对某一地下水来说，其含氟量基本上是常数，在吸附交换的全过程中无多大变化，故也不存在初始氟浓度的问题。

4.原水碱度

原水中重碳酸根(HCO₃^-)浓度(即水中的碱度)是影响活性氧化铝吸附交换容量的极为重要的因素。

而地下水中均含有HCO₃^-，而且量又相对较大，即HCO₃^-浓度高，使活性氧化铝除氟的吸附交换容量大幅度降低。

总体来说，影响是难以避免的，但要设法尽可能降低影响，即减少HCO₃^-，降低碱度，使HCO₃^-成为CO₂而散失。

5.氯离子和硫酸根离子

原水中一般均含有氯离子(CI^-)和硫酸根离子(SO₄^2-)。但CI^-的选择性小于SO₄^2-和F^-，而活性氧化铝中可交换离子也是SO₄^2-，因此CI^-和SO₄^2-浓度对活性氧化铝的除氟能力无影响。
   在活性氧化铝除氟过程中CI^-略有减少，而SO₄^2-在水中的含量有明显增加，原因是水中的F^-交换了活性氧化铝上的SO₄^2-。