基于粘液质农业植物原料沉淀物的高效除氟技术研究及其在地下水处理中的应用

本研究针对全球地下水氟污染问题，创新性地利用未修饰的粘液质植物原料沉淀物（DEP）开展除氟研究。通过表征分析发现DEP具有N-H/O-H官能团、多孔结构和氧化钙主导的化学组成，在303.15K条件下对10mg/L氟溶液实现84.07%去除率和24.15mg/g吸附容量。该生物吸附剂遵循Langmuir模型和准二级动力学，为发展中国家农村地区提供了低成本、可持续的除氟解决方案。

　　

氟作为地壳中天然存在的强电负性元素，其在地下水中的过量富集已成为全球性健康威胁。世界卫生组织（WHO）规定饮用水氟含量上限为1.5mg/L，但东非大裂谷、埃塞俄比亚裂谷系统等地质活动活跃区域，以及韩国、印度、南非等25个国家均报告了严重的氟污染问题。长期摄入高氟水会导致200多万人罹患氟骨症和氟斑牙，而现有处理技术如骨炭法、纳尔贡达过滤等存在成本高、操作复杂等缺陷。在此背景下，南非文达大学的研究团队创新性地利用当地野生植物Dicerocaryum eriocarpum（DE）的粘液质沉淀物（DEP），开发了一种经济高效的生物吸附除氟技术，相关成果发表在《Results in Materials》期刊。

研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜-能谱联用（SEM-EDX）、X射线荧光（XRF）和比表面积分析（BET）等技术表征材料特性，通过批式吸附实验考察剂量、pH、接触时间和温度等参数影响，结合动力学模型和热力学分析阐明作用机制。

3.1 吸附剂表征
FTIR显示DEP含有N-H（3399cm^-1
）和O-H（3485cm^-1
）等活性官能团，SEM证实其具有多孔片状结构（比表面积2.603m²
/g）。XRF检测到52.28%的CaO和8.46%的Fe₂
O₃
，这些金属氧化物与氟离子的静电作用成为除氟关键。热重分析（TGA）显示材料在200-380°C发生43%的质量损失，对应半纤维素和纤维素的分解。

3.2 吸附实验
在pH=6.15、303.15K条件下，0.25g DEP对10mg/L氟溶液的最大吸附量达24.15mg/g。温度升高导致吸附量下降，表明为放热过程。实际地下水处理中（初始氟浓度4.89mg/L），DEP使氟含量降至1.17mg/L，满足WHO标准。动力学分析符合伪二级模型（R²
=0.98），说明存在化学吸附。Langmuir模型（R²
=0.99）优于Freundlich模型，表明单层吸附占主导。

3.3 再生研究
采用去离子水再生时，DEP经过3次循环后吸附效率从77.16%降至50.26%，虽低于改性活性炭材料，但避免了化学再生剂的使用，更具环境友好性。

该研究证实DEP通过Ca²⁺
/Fe³⁺
的静电吸引、官能团络合等多机制协同除氟，为发展中国家农村社区提供了可本地化生产的除氟方案。未来研究可针对再生效率进行材料改性，并探索与其他水处理技术的联用潜力。