Enhanced removal of fluoride from groundwater using biosynthetic hydroxyapatite modified by bimetallic (La–Fe or La–Al) hydroxides

双金属片 氟化物 化学 地下水 层状双氢氧化物 核化学 环境化学 无机化学 化学工程 催化作用 地质学 有机化学 岩土工程 工程类
作者
Zhao Wang,Junfeng Su,Tingbao Zhao,Jiawei Li,Lingfei Zhang
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier BV]
卷期号:436: 140649-140649 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2024.140649
摘要

Long-term exposure to groundwater contaminated with excessive fluoride (F−) can cause irreversible damage to ecosystems and human health. It is necessary for searching economical and reliable solutions to eliminate excess F− within aquatic environments. Herein, the doping technique was applied to modify the biosynthetic hydroxyapatite, and the maximum defluoridation efficiency (90.37%) was obtained in the La@HAP system. The introduction of Fe and Al species prominently reduced the dosage of La species while ensuring the ideal defluoridation effect. At optimal conditions (preparation parameters: biosynthetic time 12 h, pH 7.0, and dosage of La–Fe and La–Al 2 mM; operation parameters: pH 7.0, dosage 0.3 g L−1, and F− content 3.0 mg L−1), the average defluoridation efficiencies of La–Fe@HAP and La–Al@HAP reached 63.42% and 79.79%, respectively. Kinetic results indicated that the F− adsorption on both bimetallic composite adsorbents was better fitted with the pseudo-second-order model, and a higher initial F− content inhibited the reaction rate. Compared with La–Fe@HAP, La–Al@HAP exhibited lower sensitivity to coexisting anions and humic acid, and higher selectivity to F−. Electrostatic interaction and ligand exchange were the main mechanisms for enhancing the adsorption properties of biosynthetic hydroxyapatite, and F− removal was principally depended on the La species (La > Al > Fe). This study provides inspiration for saving the usage of rare earth metals and designing high-performance and low-cost adsorbents with low pH dependence.
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