综述：从各种水源中去除和回收硼的研究进展

本综述系统评述了水体中硼的去除与回收技术，涵盖溶剂萃取、吸附、膜分离（反渗透RO、纳滤NF、电渗析ED）、电容去离子（CDI）及电凝聚等方法，并探讨了回收产物的纯化策略。文章重点分析了各技术的优缺点，为环境治理与资源回收提供了关键解决方案。

　　

硼资源与化学特性

硼广泛分布于地壳中，以固体矿石（如硼砂、硬硼钙石）、矿物和海水等形式存在。海水作为硼的次级资源，浓度约为4.5 mg/L，显著高于淡水（通常<0.5 mg/L）。硼的原子序数为5，具有两种稳定同位素¹⁰B和¹¹B，其中¹⁰B因其中子吸收截面大，在核工业中具有关键应用。硼的电子构型为1s²2s²2p¹，属p区元素，熔点约2076°C，沸点约4000°C，呈半金属特性。

硼对生命环境的影响

硼是生物体必需的微量元素，但过量摄入会引发严重健康问题。世界卫生组织（WHO）将饮用水中硼浓度限制为2.4 mg/L，欧盟则要求低于1 mg/L。高硼暴露会损害人体生理功能（如脑肿瘤、关节炎）并影响植物生长，其生物地球化学循环涉及岩石风化、植物吸收及水体迁移等过程。

去除与回收技术

1. 1.
   溶剂萃取：适用于高浓度硼溶液（如矿石浸出液），通过有机溶剂选择性提取硼，再经酸反萃回收。
2. 2.
   吸附技术：采用功能化材料如N-甲基-D-葡糖胺（NMDG）、金属有机框架（MOFs）、层状双氢氧化物（LDHs）等，对低浓度废水具有高选择性。
3. 3.
   膜分离：
   • •
     反渗透（RO）和纳滤（NF）：用于海水、地热水的硼去除，但受pH影响较大。
   • •
     电渗析（ED）：适用于高盐溶液中的硼回收，利用电场驱动离子迁移。
4. 4.
   电化学方法：
   • •
     电容去离子（CDI）：通过电极吸附离子，能耗低且环境友好。
   • •
     电凝聚（EC）：通过金属电极溶解形成絮体吸附硼，适用于工业废水。
5. 5.
   其他技术：包括蒸发结晶（高浓度溶液）、膜蒸馏（MD）及生物吸附（微生物/植物富集）。

纯化与应用

回收的硼需进一步纯化，方法包括区域精炼、化学气相沉积（CVD）和电化学处理。纯化后的硼及其化合物（如硼酸、硼砂、金属硼化物）广泛应用于：

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  核工业：¹⁰B用于中子屏蔽体、控制棒及癌症治疗（中子捕获疗法）。
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  材料科学：碳化硼（B₄C）用于防弹衣；氮化硼（BN）作为高温耐火材料；金属硼化物（如TiB₂、ZrB₂）用于涂层和耐火部件。
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  工业与医疗：玻璃制造、肥料、防腐剂及关节炎治疗。

分析技术

硼的定量分析采用分光光度法、电感耦合等离子体（ICP）及中子活化分析等方法，确保环境与工业样品的准确监测。

挑战与展望

当前技术仍面临成本高、选择性不足及规模化应用难题。未来需开发环境友好型材料，优化混合系统（如吸附-膜耦合、电化学-膜集成），并提升硼回收的经济性与可持续性。