氟是人体组织矿化的必需元素,对骨骼健康和牙釉质的形成起着重要作用,但过量摄入氟会引起氟斑牙、钙磷代谢紊乱等严重的健康问题。人体摄入氟的主要来源为饮用水,故控制饮用水源等水体中氟的含量有着重要的意义。吸附法因成本低、效率高、可再生、操作简单等优点被广泛用于氟污染控制中。而吸附剂的成本问题是目前吸附技术发展和推广的焦点。铁氧化物作为自然界普遍存在的物质,种类多、结构复杂,对氟有很好的吸附性。但具有孔洞结构的四方针铁矿对氟的吸附性能与机理还不清楚。因此,本文选择四方针铁矿作为吸附剂研究对氟的吸附性,同时研究了常用絮凝剂的氯化铝的水解产物对四方针铁矿吸附氟的影响,揭示不同水解产物对氟的吸附去除机理,为低成本吸附剂的研发提供科学依据。本文通过水解法合成了高纯度、具有排列整齐的孔道结构的四方针铁矿。合成样品为长约200 nm,直径约30 nm的纺锤体状、针状颗粒,其比表面积50.434m²/g。静态吸附实验结果显示,四方针铁矿在p H 4~10的范围对氟离子均有较好的吸附性能,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和伪一级吸附动力学模型,对氟离子的最大理论吸附量可达23.86 mg/g。吸附过程是一个自发的放热反应,吸附速度主要由物理吸附控制。自然界中常见的阴阳离子(NO₃^-、SO₄^2-、SiO₄^2-、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺)对吸附的影响都不大。XPS(X射线光电子能谱)分析结果表明,四方针铁矿吸附氟离子时,一部分氟离子和吸附剂的表面羟基发生配体交换,一部分氟离子与孔道内的氯离子发生交换,吸附过程中形成了新的Fe-F键,同时伴随着静电吸附作用。其次,通过常温直接水解法制备了氢氧化铝,表征后确定合成的样品由两种铝氧化物组成,样品颗粒由1μm到20μm大小不一。静态吸附实验结果表明,该氢氧化铝在较宽的p H值范围内对氟有较好的吸附性能,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,最大理论吸附量为31.82 mg/g,是理想的氟吸附剂。吸附过程较好的符合伪二级吸附动力学模型,是以化学吸附为主的吸热反应。XPS分析结果表明,氟离子与氢氧化铝形成Al-F键和Al-O-F键固定在表面上。最后,通过改变不同条件制备了七种铁铝复合物,发现铁铝复合物的组成与摩尔比和添加顺序无关,仅与制备的温度有关。在70℃水解的铁铝复合物具有四方针铁矿的特征,在25℃水解的铁铝复合物具有氢氧化铝的特征。用在两种温度下水解得到的两种复合物作为吸附剂,分别进行吸附实验发现,70℃和25℃下的铁铝复合物对氟的最大吸附量分别为37.81 mg/g和73.39 mg/g。两种条件下生成的复合物均通过形成Fe-F键、Al-F键和Al-O-F键吸附氟离子,同时存在氟离子与氯离子和羟基的交换。