Highly efficient and rapid fluoride scavenger using an acid/base tolerant zirconium phosphate nanoflake: Behavior and mechanism
Highly efficient and rapid fluoride scavenger using an acid/base tolerant zirconium phosphate nanoflake: Behavior and mechanism
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使用耐酸/碱磷酸锆纳米片的高效快速氟化物清除剂：行为和机制
DOI：
10.1016/j.jclepro.2017.05.120
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发表时间：
2017-09
影响因子：
11.1
通讯作者：
Qiuming Peng
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qingrui Zhang;Yixuan Li;Pikky Phanlavong;Zikang Wang;Tifeng Jiao;Hui Qiu;Qiuming Peng
自20世纪60年代以来，磷酸锆作为一种高效的吸附剂已被开发出来，但大多数关于磷酸锆的研究都集中在金属阳离子(如K+/Ca2+/Pb2+/Cu2+)的捕获上。在这里，我们用简单的原位沉淀法合成了一种纳米级的ZrP，并成功地探索了它的一个新的应用领域：除氟。与传统的金属氧化物完全不同的是，所合成的ZrP在酸性或碱性环境中表现出良好的化学稳定性。更重要的是，在较高浓度的竞争阴离子(SO42−/Cl−/NO3−)下，可以获得较好的吸氟率，超过商品D201、活性氧化铝、锰砂等，动力学结果进一步证明其在5min内达到平衡。此外，实际应用证明，地下水和酸性废水的处理能力分别约为1800 kg和3900 kg，排出的物质可以很容易地用5%NaOH溶液再生至少5个循环。XPS和FT-IR研究表明，较好的氟吸附性能可以归因于以单键形式形成的较强的内球络合作用。实验结果表明，具有代表性的纳米氧化锆是一种高效、快速的净水除氟候选材料。
AbstractsZirconium phosphate (ZrP) has been developed as an efficient adsorbent, since the 1960s, but most research involving ZrP focuses on metal cation (e.g. K+/Ca2+/Pb2+/Cu2+) capture. Herein, we synthesized a ZrP nanoflake by simplein-situprecipitation procedures and successfully explored a new application area for it: fluoride scavenging. Completely different from the conventional metal oxides, the resultant ZrP exhibits good chemical stability in acidic or basic environments. More importantly, preferable fluoride uptake can be achieved at high concentrations of competitive anions (SO42−/Cl−/NO3−) addition, exceeding that of commercial D201, activated Al2O3, manganese sands, etc. Kinetic results further demonstrate its efficiency for approaching equilibrium in 5 min. Furthermore, the actual application proves superior treatment capacities of approximately 1800 kg and 3900 kg for groundwater and acidic wastewater treatment, respectively and the exhausted materials can be readily regenerated using 5% NaOH solution for at least five cycles. XPS and FT-IR investigation reveal that the preferable fluoride adsorption can be ascribed to strong inner-sphere complexation achieved by Zrsingle bondF bonds. All the results demonstrate that the representative ZrP nanoflake is an efficient and rapid fluoride-removing candidate for cleaning water.
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