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这篇综述系统总结了近十年 100 多项利用低成本材料吸附除氟的研究，涵盖铝基、铁基等多种材料（如氧化铝、蒙脱石等）。探讨其吸附特性、影响因素等，为相关领域研究提供参考，对推进低成本除氟技术应用意义重大。
一、引言
水是人类生活的基本必需品，然而，随着工业化的快速发展，水污染问题日益严重，许多地区的天然水源中氟离子含量超标，对人类健康和生产过程造成潜在风险。氟化物分为无机氟化物、有机氟化物和天然氟化物，其来源广泛，包括工业过程、农业活动等。人体摄入过量氟化物会导致多种健康问题，如氟斑牙、氟骨症等，因此，开发高效、经济、环保的除氟技术至关重要。
目前，国际主流的除氟技术包括离子交换、混凝、沉淀、吸附、电化学和絮凝膜分离等方法。其中，吸附法因其具有吸附性能高、成本低、可再生等优点，受到广泛关注。但吸附法也存在选择性有限、吸附环境受限、受阴离子影响等技术和成本挑战。寻找性能优异、吸附效果好且价格低廉的吸附剂材料，不仅能满足当前人类对水中氟离子处理的需求，还能为未来新型廉价吸附材料的研发提供思路和基础。
二、廉价金属基吸附剂
2.1 铝基材料及其复合材料
氧化铝和铝基吸附剂的吸附机制主要是阴离子交换，即氟离子可以取代氧化物表面的单配位羟基或水合基团。如铝浸渍活性氧化铝（AIAA）在特定条件下对水中氟化物的去除率可达 99%，且可通过简单的酸碱冲洗再生。有机酸改性的介孔氧化铝、碱性碳酸铝（Al (OH) CO3）纳米球等铝基材料也表现出良好的除氟性能，且复合其他金属后吸附性能会进一步提升 。
铝 - 锰复合材料在氟化物吸附方面也有应用。例如，锰氧化物复合氧化铝材料在 pH = 5 时对氟离子的去除效果最佳；锰氧化物包覆氧化铝（MOCA）的氟吸附率和吸附容量优于活性氧化铝，但腐殖酸会降低其除氟效率。
铝 - 镁基复合材料对氟离子有一定吸附效果。如氧化镁改性活性氧化铝（MAAA）、Mg - Al - CO3双层氢氧化物、超声辅助制备的磁性 Mg - Al 层状双氢氧化物复合材料、Mg - Al - Ce 三金属复合吸附剂等，它们的吸附容量和吸附机制各不相同，但都展现出了在除氟领域的应用潜力。
铝 - 铁基复合材料可用于去除水溶液和饮用水中的氟离子。像铝改性赤铁矿、Fe3O4-Al0.94-La0.06O1.5交联水凝胶珠、Fe - Al - La 复合吸附剂等，其吸附性能与材料结构、孔隙率等因素有关，且多遵循 Langmuir 等温模型和准二级动力学模型。
将铝基材料与其他金属复合，能提高对氟化物的吸附能力。如 Fe - La@CG 杂化物、Y - Zr - Al 层状纳米复合材料、La (III) 和 Y (III) 浸渍的氧化铝、Ni - Al 层状氧化物 / 污泥等，这些材料的吸附机制包括离子交换、电子相互作用吸附等，且部分材料具有良好的可重复使用性和耐久性。
铝基材料与其他材料复合也能实现氟离子的有效吸附。如用铝改性的植物黏液提取物 AlDE、天然红土和粘土制备的 Al - Si 基吸附剂、铝负载龙眼壳（LGS - Al）、Al - MOF - PUF@BC 复合泡沫、Al (OH)3- 羟基磷灰石纳米片（Al (OH)3-nHAP）等，它们的吸附过程符合不同的动力学和等温线模型，且再生性能良好。
2.2 铁基材料及其复合材料
简单铁基材料中，R - MIL - 100 (Fe) 在氟化物溶液中的最大吸附容量较高，吸附过程符合 Langmuir 模型和准二级动力学模型，且在较宽 pH 范围内吸附性能良好，共存阴离子影响较小；水合氧化铁（HFO）在 pH 为 4 时对氟化物的吸附容量最高，但高浓度的砷酸盐、磷酸盐和硫酸盐会产生干扰；氧化铁包覆砂、铁矿石等对氟离子也有一定吸附能力，但相对而言，简单铁基材料的氟吸附性能较为普通。
铁基复合镧系材料能显著提高氟离子的吸附容量。如 Fe - La - Ce 三金属复合材料在不同 pH 下吸附容量不同，吸附遵循准二级吸附动力学和 Langmuir 型单层吸附行为；La - Zr - Ce 三金属吸附剂、La - Fe@PTA 等材料也表现出良好的吸附效果，其吸附机制涉及静电吸引和离子交换等。
铁基复合锆基材料在氟化物吸附方面表现出色。如 Fe - Ca - Zr 氧化物杂化纳米吸附剂、表面改性的氢钛酸盐纳米管、纳米多孔水凝胶珠等，它们的吸附容量较高，吸附过程符合 Freundlich 等温线和准二级动力学模型，部分材料还具有抗菌活性。
铁基材料与其他金属材料复合也可用于氟离子的吸附。如超声法合成的铁铈浸渍活性炭（AC/Ce/FE - 1）、磁性 Fe3O4/g - MnO2介孔纳米复合材料、铁掺杂二氧化钛吸附剂、铁改性水处理残渣（Fe - WTR）等，这些材料的吸附性能受多种因素影响，吸附机制主要包括离子交换、表面络合等。
2.3 锆基材料及其复合材料
单锆基材料对氟化物具有很强的吸附能力。如锆基纳米颗粒（NPs）在较宽 pH 范围内对氟化物有高吸附容量，吸附等温线符合 Langmuir 方程；颗粒状氧化锆铁（GZI）、水合氧化锆等材料也表现出良好的除氟性能，其吸附机制主要是表面羟基与氟离子的交换以及静电相互作用。
锆基材料与其他材料复合后，吸附氟化物的量通常会增加。如混合 Ce (???)-Zr (???)-La (???) 水合氧化物（CZL）、MOF (Zr)-on-MOF (Ce)、表面修饰的壳聚糖纤维（CF - Zr）、钙锆硫酸盐晶须（Zr - CSWs）、{201} TiO2-ZrO2复合材料、超细氧化锆（ZrO2）基复合吸附剂（E - ELP - Zr）、镧锆磷酸盐（LamZrP2 - 1）、ZrO2-Ze 等，它们的吸附过程符合不同的动力学和等温线模型，吸附机制包括离子交换、静电吸引、络合等。
三、矿物材料
3.1 蒙脱石
蒙脱石对氟离子有一定吸附能力，但吸附量较低。其吸附机制主要涉及表面金属氧化物与氟离子的相互作用，包括离子交换等。在酸性条件下，蒙脱石的吸附性能较高，通过酸化、金属离子改性等方法可显著提高其吸附容量。如酸处理后的蒙脱石、羟基铝 - 蒙脱石（HyAl - Mt）复合物、掺杂羟基磷灰石（HAP）的蒙脱石（HAP - MMT）等材料的吸附性能均有所提升。
3.2 膨润土
膨润土及其改性材料对氟化物的吸附主要通过离子交换实现，包括 OH-与 F-的交换等机制 。原始膨润土吸附性能有限，经酸处理、钙基、氢基、金属氧化物掺杂或离子交换改性后，其除氟效果显著提高。如 Al3+- 膨润土、颗粒酸处理膨润土（GHB）、钙基膨润土、氢基膨润土、金属氧化物掺杂膨润土、改性高岭土 - 膨润土复合材料等在除氟方面都有良好表现。
3.3 粘土
不同类型的粘土对氟化物的吸附效果不同。如 MK 粘土对氟离子的吸附量高于 H 粘土和 ZB 粘土，且在低 pH 下吸附更快；阴离子粘土（meixnite）及其煅烧产物、地面烧制粘土罐、改性粘土等也能用于氟离子的吸附，部分材料吸附效果较好，但整体而言，粘土在除氟方面应用相对较少，复合其他材料后吸附效果可得到改善。
3.4 沸石和陶瓷
沸石材料在去除氟化物领域具有广泛应用前景。通过引入金属离子和调整组分比例，可显著提高其氟吸附性能。如 Fe (III) 改性天然辉沸石（Fe (III)-STI）、Al3+、La3+和 ZrO2+交换的沸石、颗粒陶瓷（GC）、铁改性凹凸棒土、纳米 HDTMA 斜发沸石等材料对氟离子都有较好的吸附效果，吸附机制包括离子交换、物理吸附等。
3.5 矿石或土壤
肯尼亚安第斯土壤、埃塞俄比亚的部分样品等对氟化物有一定吸附作用。不同地区和成分的土壤或矿石，其吸附性能不同。一般来说，酸性和微酸性土壤对氟化物的吸附较强，而碱性和干旱地区的土壤吸附较弱。土壤或矿石具有成本低、易获取的优势，可在一定程度上缓解贫困地区和紧急情况下的水体氟污染问题。
研究总结了 47 种低成本吸附剂的除氟性能，发现大多数低成本吸附剂的氟吸附容量相对较低，18 种材料的吸附容量在 0 - 10mg/g 范围内。少数材料吸附容量较高，超过 70mg/g 的材料有 7 种，这些材料在高浓度氟化物去除应用中效果显著。未来研究应致力于提高吸附剂的吸附容量，可通过表面改性、优化孔结构和引入功能基团等方法实现。
四、价格比较
金属基材料价格普遍较低且容易获得，其中活性氧化铝价格最便宜，适合大规模应用于工厂除氟技术开发。膨润土价格也相对较低，是廉价的吸附剂原料。氧化镁、三氧化二铁和四氧化三铁价格也较为低廉，可作为替代材料。石墨烯氧化物和锆基材料吸附效果好，但单位价格较高，仅在对吸附效果要求极高的特定情况下具有优势。土壤作为吸附氟化物的材料，价格和成本不一致，未作过多讨论。
五、结论
本综述系统研究了多种低成本除氟吸附剂，铝基和铁基吸附剂性能较为突出，改性蒙脱石和膨润土吸附容量显著增强，有望大规模应用。多数除氟材料吸附容量低于 10mg/g ，但这些低成本材料在应急或特定区域，尤其是经济欠发达地区仍有应用潜力。
本综述全面涵盖传统和新兴材料，关注成本效益、可及性和实用性，对复合金属基吸附剂协同性能及蒙脱石和膨润土改性技术的讨论，为未来研究提供了有价值的方向。然而，由于研究中实验条件和表征方法的差异，直接比较性能存在困难；部分新颖或研究较少的材料因数据有限或报告标准不一致，未得到充分展示；研究间缺乏标准化评估协议，也给得出普遍适用的结论带来挑战。
未来研究应聚焦于优化矿物基吸附剂的改性技术，在实际应用中验证其性能，并研究这些材料在不同环境条件下的可扩展性和长期稳定性。
