高负载量氧化镁风积砂复合材料的制备及其高效去除废水中氟化物的研究

针对光伏产业产生的高氟废水污染问题，研究人员通过水热法成功制备了负载量达230%的氧化镁风积砂复合材料（MOAS）。该材料展现出153.11 mg·g-1的饱和吸附容量，在宽pH范围和竞争阴离子存在下仍保持优异除氟性能。研究通过FTIR、XPS和DFT理论计算揭示了羟基交换与表面配位吸附机制，并通过脱附再生实验验证了其工程应用潜力，为低成本废水处理提供了新策略。

　　

随着中国光伏产业的迅猛发展，光伏组件生产过程中产生的高氟废水已成为严峻的环境挑战。这类废水中过量的氟离子会通过饮用水进入人体，引发氟斑牙、氟骨症甚至肝肾毒性。尽管吸附法因操作简便、成本低廉被广泛采用，但传统吸附剂如活性炭、沸石等存在饱和吸附量低、再生成本高的问题，而纳米氧化镁(MgO)虽具有高吸附容量，却易因表面能过高而团聚失效。

安徽高校的研究团队独辟蹊径，选择内蒙古风积砂作为载体材料，通过多步水热法成功制备出氧化镁负载量高达230%的复合材料(MOAS)。这种天然风积砂表面富含羟基的SiO₂结构，不仅解决了MgO纳米颗粒的分散难题，其0.075-0.3 mm的粒径范围更使其可直接用作吸附柱填料。相关成果发表在《Chinese Journal of Chemical Engineering》上，为绿色废水处理提供了创新方案。

研究采用水热合成结合煅烧的制备工艺，运用XRD、FTIR和XPS进行材料表征，通过批式吸附实验考察动力学和等温线特性，并借助密度泛函理论(DFT)计算验证吸附选择性。实际废水测试和吸附柱实验则评估了工程适用性。

【材料表征】XRD显示煅烧后材料仅存在MgO特征峰（JCPDS 89-7746），FTIR证实表面羟基的存在，XPS分析发现吸附后F 1s峰的出现，证实了氟化物的成功捕获。

【吸附性能】动力学符合准二级模型，等温线拟合Redlich-Peterson模型，理论饱和吸附量达153.11 mg·g^-1，较传统吸附剂提升50%以上。在pH 3-10范围内保持80%以上吸附效率，且Cl^-、SO₄^2-等竞争阴离子影响微弱。

【机制解析】DFT计算表明MOAS对F^-的吸附能显著高于其他阴离子。XPS证实吸附后Mg-OH键减少而Mg-F键形成，揭示羟基交换与表面配位协同作用机制。

【应用验证】采用NaOH溶液可实现五次循环再生，吸附容量仅下降12%。实际光伏废水处理中氟浓度从15.6 mg/L降至0.8 mg/L，满足国家排放标准。

该研究创新性地将荒漠化防治副产品风积砂转化为高效吸附剂载体，通过多步负载策略突破传统复合材料负载量瓶颈。MOAS兼具纳米材料的高效性与天然矿物的稳定性，其"以废治废"的设计理念为环境功能材料开发提供了新范式。研究成果对推动光伏产业绿色发展和氟中毒疾病预防具有双重意义，尤其为西部干旱地区同时面临沙害与水污染治理的难题提供了协同解决方案。