介孔氧化铝自由基接枝聚合高效去除工业废水氟化物：实验设计与响应面优化模型

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Effective defluoridation of industrial wastewater using free radical graft polymerization onto the mesoporous alumina: Experimental and response surface methodology modeling

本文报道了一种通过自由基聚合将烯丙基缩水甘油醚（AGE）和烯丙醇（AA）接枝到γ-氧化铝的新型纳米吸附剂（γ-SH@AGEAA-DPTA），采用响应面法（RSM）和中心复合设计（CCD）优化氟化物去除条件。研究表明，在pH=7、温度45°C、吸附剂用量15 mg、接触时间30 min时，氟化物实际去除率达98.01%（预测值98.16%），吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型（最大吸附容量44.564 mg g?1），且该材料在7次循环后仍保持良好稳定性，为工业废水除氟提供了高效解决方案。

　　

化学试剂与材料

实验所用分析级化学试剂直接使用，无需进一步纯化。包括γ-氧化铝（Al₂O₃；0.063–0.2 μm）、MPTMS（C₆H₁₆O₃SSi；196.34 g mol^?1）、烯丙醇（AA；C₃H₆O；58.08 g mol^?1）、烯丙基缩水甘油醚（AGE；C₆H₁₀O₂；114.14 g mol^?1）、二亚乙基三胺五乙酸（DTPA；C₁₄H₂₃N₃O₁₀）、偶氮二异丁腈（AIBN；C₈H₁₂N₄）和二甲亚砜（DMSO；C₂H₆OS）均购自德国默克公司。氟化物去除实验所用标准溶液通过稀释氟化钠储备液制备。

γ-SH@AGEAA-DPTA的形态与功能特性

新型γ-SH@AGEAA-DPTA吸附剂的成功合成及功能化通过形貌和元素分析得到证实（图2a,b）。场发射扫描电镜图像显示，材料从球状γ-氧化铝纳米颗粒转变为高度团聚的多孔结构，孔径范围13–91 nm。能谱分析为合成成功提供了关键证据：γ-氧化铝修饰后出现显著的硫元素峰，表明MPTMS成功接枝；而聚合后碳、氧元素信号增强，证实有机聚合物层的形成。此外，图3a展示了γ-SH@AGEAA-DPTA的EDX谱图，进一步验证了元素组成变化。

结论与展望

γ-SH@AGEAA-DPTA被成功合成，并证实在工业废水氟化物去除中具有应用潜力。通过多种表征和实验数据支持了该纳米吸附剂的成功制备。采用基于中心复合设计的响应面法优化去除实验，考察了四个独立因素在五个水平的影响。在pH=7、温度45°C、吸附剂用量15 mg、接触时间30 min的最佳条件下，氟化物去除率高达98.01%。非线性动力学分析表明吸附行为符合准二级动力学模型，等温吸附模型与Langmuir模型吻合，最大吸附容量为44.564 mg g^?1。该纳米吸附剂在连续七次循环使用后仍保持良好可再生性，展现出在工业废水处理中的应用前景。