多孔材料——实现氟离子的吸附与络合

‍在常用的除氟技术中，吸附技术得到了广泛的探索，为液体中除氟提供了一种高效、简单、低成本、选择性高的工艺。开发有效和稳健的材料从液相中去除过量氟化物变得非常重要，不同的金属氧化物吸附剂已被用于液相中除氟，如铝基、钙基、铁基吸附剂等。

形成分子络合物也是在体系中固定氟化物的一种方法，目前已经开发了多种具有氟去除能力的多孔材料，但仍然需要将去除过程进行工业化放大。需要在更大程度上研究再生，以在现场条件下回收吸附剂，提高该工艺的经济性。


吸附与络合‍‍

1. 吸附：离子交换


吸附剂中往往存在含氢原子的极性官能团，如羟基（—OH）、羧基（—COOH）、氨基（—NH2）、磺酸基（—SO3H） 等，这些官能团中的氢原子与氟的孤对电子发生作用形成约180°键角的氢键，从而达到吸附氟化物的效果。

吸附剂：氧化铝‍‍‍‍


在氧化铝吸附氟离子的过程中，主要是通过氟化物和OH-的交换来实现的，所以吸附剂表面的酸碱度和阴离子交换会影响除氟过程。酸性氧化铝比碱性氧化铝显示出更高的吸附能力和更快的氟化物去除速度。因为酸性氧化铝和碱性氧化铝在吸附氟的过程中，离子交换的过程截然不同。对于酸性氧化铝，OH-和Cl-提供了氟化物的交换点位；对于碱性氧化铝交换点位主要由OH-提供。

吸附剂：氧化钛

‍‍‍‍TiO2对氟离子具有选择性，氟化物的吸附动力学相对较快。吸附电解质溶液中的氟离子，75%的氟离子在10分钟内被吸附。碱性溶液中氟化物吸收量少是由于吸附剂活性位点上的羟基和氟离子之间的竞争，而酸性溶液中更多带正电的位点增加了氟化物的吸收。


2. 络合：氟与有机胺的络合物


在多孔材料表面形成分子络合物是从有机体系中去除氟化物的另一种方式，例如HF与有机碱的络合（如吡啶/HF络合物和三乙胺/HF络合物）。然而有机碱的络合可能会造成体系pH值的改变，所以官能团的选择尤为重要。

HF和非碱性、非亲核性、弱配位的氢键受体可以通过氢键形成稳定的配合物。目前已经有全面的氢键碱度数据库（由pKBHX测量），对于大多数化合物，pKBHX在1至5的范围内，其中较大的数字表示氢键碱性较高。这个数据库可以作为选择理想的氢键受体官能团的指南，这些官能团负载在多孔载体上可以与HF络合，实现除氟的效果。


数据信息来自：

doi:10.1016/j.cej.2012.02.041.

dx.doi.org/10.1021/ja508369z

doi.org/10.1016/j.jcis.2012.11.063

在液体中去除氟化物时，吸附技术是一种常用且高效的方法，使用的主要材料包括铝基、钙基、铁基氧化物等。氟离子与这些材料表面的羟基、羧基等官能团通过氢键作用吸附，其中氧化铝和氧化钛是较常用的吸附剂。此外，从有机体系中去除氟离子的另一个方法是通过形成络合物，例如氟和有机胺的络合物。选择合适的官能团和载体对于提高吸附和络合的效率至关重要。
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