罗汉果籽吸附氟离子效果的不同预测模型研究

目的建立不同罗汉果籽吸附氟离子预测模型。方法以吸附量为评价指标,筛选影响吸附效果的因素。在单因素的基础上,通过响应面法(response surface methodology,RSM)优化吸附温度、接触时间、吸附剂投加量、氟离子初始质量浓度和溶液pH。以吸附温度、接触时间、吸附剂投加量、氟离子初始质量浓度和溶液pH作为输入参数构建基于反向传播人工神经网络(back propagation artificial neural network,BP-ANN)的吸附量预测模型。根据模型在预测集上的表现确定具体的输入参数,将优化隐含层神经元数的BP-ANN与其他学习模型[遗传算法(genetic algorithm,GA)]优化的模型对比。结果通过两种模型的决定系数(coefficient of determination,R^(2))、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、均方误差(mean square error,MSE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)值比较,得出GA-BP-ANN预测模型(R^(2)=0.92594)的预测效果较优于BP-ANN(R^(2)=0.88498)。结论相较于BP-ANN预测模型,经过优化后的GA-BP-ANN预测模型对吸附量的预测精度更高。GA-BP-ANN预测模型可为罗汉果籽吸附氟离子效果提供技术参考,去除水中氟离子效果较好。

不同二元类水滑石对水中氟离子吸附性能研究

氟污染目前已是全球性问题,而类水滑石(LDHs)在吸附阴离子方面存在巨大的潜力,为了筛选出有较好除氟能力的阳离子,该文研究了不同阳离子对合成的硝酸根类水滑石结构除氟能力的影响。采用水热法制备出不同类型的LDHs(Ca-Al、Mg-Al、MgFe、Ca-Fe),运用XRD、FT-IR、BET比表面积、SEM等测试手段对所制备的类水滑石进行表征,通过F-吸附试验比较了类水滑石的吸附性能及机理。结果表明:Ca/Al-LDHs、Mg/Al-LDHs、Mg/Fe-LDHs都具有硝酸根插层的类水滑石特征衍射峰和微孔-介孔结构,呈现出片状堆叠结构,比表面积分别为7.6582、2.9239、13.2003 m^(2)/g,而Ca/Fe-LDHs通过水热反应很难制备出类水滑石材料。制备的类水滑石中Ca/Al-LDHs整体表现出的除氟性能更好,F-浓度10 g/L时在20~40℃下仍能保持95%左右的吸附率,最大吸附量为240.35 mg/g。吸附F-的过程均符合准二级动力学模型,Ca/Al-LDHs符合Langmuir吸附等温模型,Mg/Al-LDHs、Mg/Fe-LDHs更符合Freundlich吸附等温模型,结果表明,Ca/Al型水滑石具备较强的除氟潜力。

结构和价态调控的Ce-MOFs及其衍生物吸附水中氟离子的机理

严控饮水氟浓度,可以有效降低人体罹患氟骨症和氟牙症的风险。近年来,铈基吸附材料在解决氟污染问题中表现优异,而铈盐与有机酸反应生成的铈基金属有机框架材料(Ce-MOFs)或其衍生物,能有效去除水中的氟离子。硝酸铈铵(Ce(NH_(4))_(2)(NO3)6)和均苯三甲酸(H_(3)BTC)在不同反应时长下生成了Ce-MOFs CeT1及其衍生物CeT2,更换H_(3)BTC为对苯二甲酸(H2BDC),反应生成2种Ce-MOFs,CeD1和CeD2。利用XRD、BET、SEM、XPS和FTIR对材料的结构、比表面积、元素含量和组成基团,进行系统的表征;通过控制吸附时间、溶质初始浓度、溶液pH值和竞争离子种类研究4种材料的吸附性能;对实验数据进行吸附动力学模型和吸附等温模型拟合,探究吸附机理。表征结果显示,CeT1为高度配位不饱和的Ce(Ⅳ)-MOFs,CeD1为比表面积最大(1 003.10 m^(2)/g)的Ce(Ⅳ)-MOFs,而CeT2和CeD2则同为Ce(Ⅲ)占比较高的吸附材料。吸附实验中,CeT1、CeT2、CeD1和CeD2的最大吸附容量分别为99.38 mg/g、142.45 mg/g、60.45 mg/g和124.55 mg/g,CeT1、CeT2和CeD2符合假二级动力学模型,CeD1符合假一级动力学模型。4种材料对氟离子的吸附机理主要为静电吸引、离子交换和沉淀。其中,CeT1的不饱和配位可提供吸附位点进行离子交换和静电吸引,CeD1的大比表面积增加了污染物与材料的碰撞几率,而CeT2和CeD2中含有的Ce(Ⅲ),可通过形成溶度积常数极小的CeF3(K_(sp)=8×10^(-16)),以沉淀作用固定氟离子。实验分析了4种材料的特点与吸附性能之间的关系,为Ce-MOFs及其衍生物的制备与优选提供参考。

可充电氟离子电池电解质研究与应用

氟离子电池(FIB)是基于氟离子穿梭驱动的低成本新型储能系统,具有比锂离子电池(LIB)更高的理论能量密度,作为下一代可充电电池引起了学术界的广泛关注。然而,FIB仍处于早期开发阶段,需要解决许多技术问题。用于FIB的电解质要求具有高离子导电性,并需要满足在循环过程中对电极反应保持稳定的要求。综述了FIB研究过程中使用的固态和液态电解质,分析了基于不同电解质的电池的性能特征,为FIB电解质进一步的研究方向提供了参考。

氟离子选择电极法测定含铜蚀刻废液中氟含量方法探讨

准确测定含铜蚀刻废液中氟含量是含铜蚀刻废液中铜盐回收的关键,本文就含铜蚀刻废液中氟含量离子选择电极测定方法[1~3]进行探讨与验证。通过样品前处理与试验,离子选择电极一次标准加入法测定下限为0.9mg·L^(-1),离子选择电极标准曲线法测定下限为1.2 mg·L^(-1);两种方法的相对标准偏差在1.2%~1.7%,两种方法的加标回收率在77%~102%,满足工程应用要求。

硅醚型氟离子荧光探针的开发研究

氟元素是人体不可缺少的微量元素,但氟元素摄入过量也会引发疾病,因而氟离子含量的检测非常必要。另一方面,在有水的环境中,氟离子非常容易与水形成稳定的氢键,给氟离子的检测带来较大的困难,因此开发高效的氟离子荧光探是非常必要的。本论文基于硅-氧键的裂解,以萘基苯并噻唑为荧光基团,苯基二甲基硅醚为反应基团,硅-氧键为反应位点,设计并合成了一例荧光探针用于氟离子浓度的检测。通过红外光谱确定认了分子的官能团,之后通过荧光光谱分析的方法研究其对氟离子的识别能力。结果表明,该探针是一种关闭型的荧光探针,随着氟离子的加入,体系的荧光强度逐渐降低。在DMF溶液中,荧光探针对氟离子的识别表现出较高的选择性和抗干扰能力,结果表明该探针对氟离子的检测效果较好。

Mg-Al水滑石的制备及对水中氟离子的吸附效果研究

通过共沉淀法制备了Mg-Al水滑石,研究了镁铝摩尔比对Mg-Al水滑石的晶格结构、微观形貌、光谱性能的影响。以NaF溶液为模拟含氟废水,测试了Mg-Al水滑石对水中氟离子的吸附量和去除率,通过吸附模型研究了相应的吸附过程和机理。结果表明,Mg-Al水滑石外观为片层状结构,片层之间相互交叉堆积,镁铝比增大时,Mg-Al水滑石的层间距增大。水滑石对氟离子的饱和吸附量和去除率随着镁铝比的增大表现出先增大后减小的趋势,在吸附80 min时吸附量接近饱和,3Mg-Al水滑石的饱和吸附量达到最大值43.16 mg/g,去除率在120 min时达到最大值90.5%,经过5次吸附再生循环使用后,3Mg-Al水滑石对氟离子的去除率降至69.4%,保持率达到76.69%,具有良好的可重复利用性能。通过对Mg-Al水滑石吸附氟离子的数据进行拟合,发现Mg-Al水滑石吸附氟离子的过程更符合准二级动力学模型,主要以化学吸附作用为主。

基于氮掺杂碳量子点的水体氟离子选择性荧光开启检测

本论文以柠檬酸为碳源、尿素为氮源,通过水热法制备了氮掺杂碳量子点(NCDs),将其作为荧光探针用于检测水体中的氟离子(F^(–)).利用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见光谱(UV-vis)、荧光光谱等表征手段分析了NCDs的结构和光谱学性质.考察了探针检测氟离子的灵敏度、稳定性和选择性,及其在天然水体样品中的适用性.结果表明,NCDs可在紫外光激发下产生蓝色荧光,且具有较高的荧光量子产率(41%).NCDs富含羧基、羟基等含氧官能团,可与铝离子(Al^(3+))发生反应,这一过程会导致其荧光淬灭;而F^(–)与Al^(3+)的配位反应可置换出与NCDs结合的Al^(3+),使NCDs的荧光恢复,产生荧光“开启”效应.NCDs荧光恢复的程度与F^(–)浓度线性正关系(R2=0.995),表明该方法可用于定量检测F^(–).进一步研究显示,NCDs在检测F^(–)时具有较快的响应时间(约1.0 min)、较宽的线性范围(20—300μmol·L^(-1))、较低的检出限(0.65μmol·L^(-1))和良好的选择性(水体常见阴阳离子对检测过程的影响低于5%).此外,NCDs还具有良好的稳定性,在中性到弱碱性环境(pH 6.0—9.0)中均能有效检出F^(–).在实际水体分析过程中,NCDs显示了良好的F^(–)加标回收率(88.2%—105.0%)和检测精密度(相对标准偏差低于3.0%),表明其具有较好的应用潜能.

水蒸气蒸馏-离子色谱法测定北衙矿区铜精矿中氟离子及其影响因素探究

用水蒸气蒸馏-离子色谱法测定铜精矿中氟离子的前处理过程对最终的测定结果影响很大,且前处理过程的温度较难把握。为解决实验室长期氟检测不稳定的问题,通过对前处理过程中蒸馏温度、不同酸介质、硫酸浓度、硫酸加入量四个条件进行探索实验,确定了前处理过程中的最优条件,提高了离子色谱法测定测定铜精矿中氟离子的可操作性和准确度。

改性斜发沸石吸附矿井水中氟离子的研究

氟化物含量超标已成为限制矿井水利用的巨大挑战之一,研究了天然斜发沸石及H_(2)SO_(4)改性、Al_(2)(SO_(4))_(3)改性、NaOH溶液预处理后Al_(2)(SO_(4))_(3)改性、FeCl_(3)改性沸石对矿井水氟离子的吸附效果。结果表明,与天然斜发沸石相比,NaOH溶液预处理后Al_(2)(SO_(4))_(3)改性沸石MZ、FeCl_(3)改性沸石FZ对矿井水中氟离子的去除率提高了10.2倍和11.7倍,MZ及FZ的对氟离子的吸附符合Lagergren准二级动力学方程,理论平衡吸附容量分别达到0.428 mg/g及0.508 mg/g。改性沸石MZ及FZ对矿井水中氟离子去除率可达80%以上,为低浓度含氟矿井水的大规模低成本处理提供了科学依据。

实验室氟离子计示值误差的检定方法及注意事项

针对氟离子计检定过程当中所遇到的有关仪器示值误差检定的各种问题,通过长期的实践经验,结合JJG 757-2018《实验室离子计》检定规程的要求,总结出了从标准溶液的配制、预处理氟离子选择电极、具体的校准测量方法,到使用氟离子选择电极测量时的注意事项等一系列具有极高指导性的操作方法和步骤。提高了实验室氟离子计的检定效率,同时为送检客户提供了便利,对氟离子计的日常检定具有一定借鉴作用。

碳酸钠碱熔-氟离子选择电极法检测煤中氟含量

煤中氟元素是煤中主要有害元素,其含量直接影响焦炭质量和焦炉状态。本文采用碳酸钠于1050℃下碱熔煤样一小时,盐酸高温消解后利用稀硫酸和稀氢氧化钠调节酸度至5.0~5.5。选择煤标准物质建立标准曲线,用氟离子选择电极法检测煤样中氟含量。该方法熔样过程简单,无需沉淀分离,采用含量相当的标准物质建立检测曲线降低了基体干扰,检测结果精度良好,相对标准偏差和相对误差均小于1.0%。

氟离子选择电极法测定土壤中水溶性氟化物和总氟化物含量

采用氟离子选择电极法测定土壤中水溶性氟化物和总氟化物。结果表明,氟化物含量在5~500μg范围内具有良好的线性关系(>0.999),水溶性氟化物方法检出限为0.5 mg/kg,相对标准偏差(RSD,n=6)为3.8%~6.7%,总氟化物方法检出限为43 mg/kg,相对标准偏差(RSD,n=6)为4.0%~4.2%,满足标准方法的测定要求。有证标准物质RMU044和RMU045测定结果均在标准范围内,水溶性氟化物相对误差为-3.3%~-2.4%,相对标准偏差为4.0%~4.7%,总氟化物相对误差为0.9%~1.3%,相对标准偏差为1.0%~2.2%。实际样品加标回收率试验时,水溶性氟化物平均加标回收率为100%,总氟化物的平均加标回收率为94%,该实验方法重现性好,准确度高,操作简单。

氟离子选择电极法测定铜精矿中氟含量的不确定度评定

根据《化学试剂标准滴定溶液的制备》(GB/T 601—2002)中对国标法化学分析测量的不确定度的要求,对氟离子计测定铜精矿中氟的各个不确定度分量进行了详细评定。主要从天平称取试样时所用万分之一天平所带入的不确定度分量、100 mL的容量瓶定容以及环境温度所引入的不确定度分量、氟离子工作曲线的拟合所引入的不确定度分量以及样品的均匀性所引入的不确定度分量等等,依次排列出贡献值的大小。

用氟离子选择电极直接电位法测定牙膏中的氟含量

通过氟离子选择电极直接电位法,配合工作曲线法测定牙膏样品中的氟含量。实验表明,工作曲线的r=0.999 99,线性较好,样品中氟含量为(0.635±0.004)mg·g^(-1),符合国家标准。该法具有分析速度快;操作简便;检出限低;准确度、精密度高等优点,具有广泛的应用价值。

荧光分子探针的合成及水相中氟离子检测的综合实验设计

荧光探针技术是指用荧光光敏分子对待测物质进行标记,从而实现对待测物定性定量分析的一种技术手段。氟离子是人体重要的微量元素之一,适当摄入氟离子有助于预防蛀牙和骨质疏松症,而过量摄入氟离子会引起多种疾病,因此开发能够检测生物体内氟离子的荧光探针具有重要意义。以教师最新科研成果转换为实验教学内容,设计了“荧光探针的合成及水相中氟离子检测的综合性实验”。通过实验的实施,学生的有机合成能力、光学分析仪器的操作能力以及实验数据分析等能力均得到较大提高。

石膏/偏高岭土对二次铝灰中氟离子的固化研究

二次铝灰中含有氟化物、氮化物、碳化物等有毒有害成分,对其安全处置具有重要的环境意义。本研究结合钙盐沉淀法,提出了以工业固废脱硫石膏固化二次铝灰中氟离子的技术思路,并结合偏高岭土的高火山灰活性,进一步改善了脱硫石膏-二次铝灰组成的气硬性胶凝体系的耐水性能。试验对比研究了不同脱硫石膏/二次铝灰、脱硫石膏/偏高岭土/二次铝灰比例所组成的复合胶凝体系中氟离子的溶出特性及耐水性能。利用XRD、SEM及热力学参数分析了脱硫石膏、偏高岭土对二次铝灰中氟离子的固化机理。研究结果表明:脱硫石膏可以与二次铝灰中的可溶性氟离子生成氟化钙,对氟离子具有良好的固化效果,但脱硫石膏-二次铝灰组成的固化体系的耐水性较差;以适量偏高岭土替代脱硫石膏形成的脱硫石膏-偏高岭土-二次铝灰复合体系对二次铝灰中氟离子的固化效果无不良影响,且可显著改善复合固化体系的耐水性。此研究结果为二次铝灰的安全处置及资源化应用提供了理论指导。

氟离子电池技术国际研究态势分析

氟离子电池具有理论能量密度大、电化学窗口宽、安全性好和原料地壳储量高等优点。应用文献计量学方法,分析氟离子电池技术领域的研究现状。该领域近年来发展迅速;京都大学、乌尔姆大学和卡尔斯鲁厄理工学院等是领先研究机构;国际上形成了两个合作相对频繁的研究集群;日本具有人才优势,其次是德国;氟离子电池的离子电导率、电解质、反应机制和电极材料等研究,以及室温下的氟离子电池研究,都是重要的研究主题。

电纺La_(2)O_(3)纳米纤维对氟离子的吸附热力学和动力学研究

以聚丙烯腈为模板,采用高压静电纺丝与烧结相结合制备了La_(2)O_(3)纳米纤维,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积分析仪(BET)对La_(2)O_(3)纳米纤维进行分析。将其用作除氟剂,探讨了La_(2)O_(3)对氟离子的吸附动力学和热力学。结果表明:La_(2)O_(3)对氟离子的吸附数据遵循准二级动力学和Langmuir吸附等温模型;热力学参数吉布斯自由能(ΔG^(0))0、熵变(ΔS^(0))及焓变(ΔH^(0))均大于零,说明La_(2)O_(3)对氟离子吸附过程为多级控制的自发熵增加吸热反应。

快速响应氟离子反应型荧光探针的设计合成与光谱学研究

本文基于萘环和吩噻嗪环的荧光特性,设计合成了4个氟离子反应型荧光探针。通过研究其光物理性质发现,吩噻嗪环为荧光团的氟离子探针响应时间比萘环的短,在2 min内能快速响应氟离子。探针PSC响应氟离子后,不仅提高了探针灵敏度,还对常见的阴离子、阳离子和其他小分子等具有较强的抗干扰性。