新型纳米氧化镁吸附剂在氟污染地下水修复中的应用：材料制备与中试研究

本文开发了一种纳米级氧化镁(NS-MgO)吸附剂，通过溶剂热法合成具有20.4 nm粒径和4.2 m2/g比表面积的球形晶体材料。研究表明其吸附过程符合Freundlich等温线和伪二级动力学模型，最大吸附容量达227.3 mg/g·min，能通过化学沉淀(Mg(OH)2-xFx形成)和离子交换机制去除90%氟化物。中试证实每井注入800 g NS-MgO可有效控制含水层氟污染，为应急修复提供了稳定、可规模化的解决方案。

　　

Highlight

本研究开发了具有纳米级特性的氧化镁(NS-MgO)吸附剂，通过创新的溶剂热合成工艺，成功实现了对氟污染地下水的高效修复。这种"小而强大"的材料就像环境修复领域的纳米级战士，其独特的球形晶体结构(直径仅20.4 nm)和4.2 m²/g的比表面积，为氟离子捕获提供了广阔战场。

材料特性分析

电子显微镜(ESEM)图像显示NS-MgO呈现出完美的球形结构，就像微小的珍珠。X射线衍射(XRD)分析证实其晶体结构，孔径分布显示两个主要峰值(3.8 nm和12.6 nm)，这些纳米级孔隙就像分子级别的陷阱，能高效捕获氟离子。

吸附机制揭秘

研究发现NS-MgO通过双重化学路径作战：

1）与水反应生成氢氧化镁[MgO + H₂O → Mg(OH)₂]，就像材料先"武装自己"；

2）氟离子取代氢氧根形成氟化镁沉淀[Mg(OH)₂ + xF^- → Mg(OH)_2-xF_x(s) + xOH^-]，完成对污染物的终极封印。

实际应用表现

在真实地下水环境中，NS-MgO展现出惊人战斗力：

• 柱实验中对15.2 mg/L氟的去除率高达90%

• 中试规模每修复井注入800 g材料即可控制污染羽流

这种材料就像环境修复领域的"快速反应部队"，兼具合成简便、可扩展性强和稳定性好的战术优势。

Conclusion

本研究证实NS-MgO是应对氟污染危机的理想解决方案，其卓越性能来自：

1）纳米尺寸带来的超高比表面积(4.3 m²/g)

2）独特的化学吸附机制(伪二级动力学，速率常数1.36×10^?3 1/min)

3）从单层到多层吸附的自适应能力

这项技术为全球范围内氟污染紧急处置提供了可靠工具，特别是在工业区地下水修复中展现出巨大应用前景。