调控Al2O3/TiO2吸附剂合成参数提升受损水体氟化物修复效能

为解决高氟地下水引发的健康风险及传统氧化铝吸附剂容量低、结构不稳定的问题，研究人员通过共沉淀法开发新型Al2O3/TiO2复合材料，发现2 M NaOH、25 mL/min流速和2小时老化时间可优化材料性能，实现0.19 meq/g氟吸附量，同时有效去除钙、镁等杂质，为多功能水处理提供新策略。

　　

全球97%的淡水来自地下水，但高浓度氟化物（>2 mg/L）会导致骨骼氟中毒和神经退行性疾病。传统氧化铝(Al₂O₃)吸附剂虽对氟离子(F^-)有高亲和力，但存在吸附容量低、铝溶出风险等问题。更棘手的是，偏远地区缺乏专业水处理设备，亟需开发高效稳定的除氟材料。为此，Gabriel T. Colledge团队在《Groundwater for Sustainable Development》发表研究，通过精准调控Al₂O₃/TiO₂复合材料的合成参数，实现了氟化物去除效能的突破。

研究采用共沉淀法合成材料，通过改变前驱体流速（5-125 mL/min）、NaOH浓度（1-10 M）和老化时间（0.5-24小时）优化工艺，结合BET比表面积分析、FT-IR光谱和XPS表征技术，系统评估材料对模拟地下水中氟化物及共存离子（Ca²⁺、Mg²⁺等）的去除效果。

3.1 前驱体流速对材料物理性质的影响

FT-IR显示所有材料均具有Al-O-Al（600 cm^-1）和Ti-O-Ti（400 cm^-1）特征峰，但流速变化未显著改变材料结构。BET分析表明表面面积稳定在260 m²/g左右，但25 mL/min流速下氟吸附量最高（0.19 meq/g），提示流速通过非表面积因素影响性能。

3.2 NaOH浓度对材料性能的调控

1 M NaOH制备的材料表面面积达343 m²/g，但2 M NaOH样品在氟吸附测试中表现更优（0.184 meq/g）。XPS证实高NaOH浓度导致羟基竞争吸附位点，当浓度≥4 M时出现不利吸附等温线。

3.3 老化时间的优化窗口

1.5-2.5小时老化可获得315 m²/g的高表面面积，延长老化会引发孔道坍塌。2小时老化材料在XPS中显示64%的Al-F键形成率，表明老化时间直接影响铝位点氟吸附效率。

3.5 多污染物协同去除

材料对Ba²⁺（>95%）、Sr²⁺（80%）和SiO₂（>90%）均有显著去除效果。pH_PZC测试（pH 8.8）证实静电吸引与配体交换（OH^-/F^-置换）的双重机制驱动氟吸附。

这项研究不仅为高氟地下水处理提供了新型Al₂O₃/TiO₂吸附剂的最佳合成方案，其多污染物同步去除特性更展现出在工业水处理中的应用潜力。未来研究需解决粉体材料的工程化成型问题，以推动其实用化进程。