Förmågan hos bentonit att separera fluorid från vattenlösning har visats kunna förbättras genom behandling med aluminiumsalt. Även syrabehandling har medfört förbättring.
Av: Jörgen Hanaues
Rå bentonitlera har jämförts med syrabehandlad produkt och aluminiumbehandlad sådan vad gäller förmågan att avskilja fluorid ur vattenlösning. Undersökningen har genomförts som kolonnförsök i labskala och med flera analysmetoder.
Svepelektronmikroskop (SEM), energidispersiv röntgenspektroskopi (EDX), röntgendiffraktion (XRD) och Fouriertransformerad infraröd spektroskopi (FTIR) har kompletterats med analyser av pH, katjonbyteskapacitet, densitet och fuktinnehåll. Den råa bentoniten var måttligt framgångsrik gällande fluoridseparation (5 mg/L), 47 %. Modifikation med syra ökade detta värde till 80 % och med aluminiumoxid till 94 %.
Bakgrund
Långtidsexponering för höga fluoridhalter medför risker för skelett och tänder (fluorosis) samt störningar i de endokrina systemen. Fluorosis drabbar omkring 200 miljoner människor globalt och WHO har satt ett gränsvärde för fluorhalten på 1,5 mg/L (1993).
Många nationer, de flesta i Sydostasien och södra Asien har naturligt fluoridhaltigt vatten. Länder som Kina, Chile, Indien, Bangladesh, Ungern och Mexiko har noterat fluoridhalter över 1,5 mg/L. I Etiopien, särskilt i Central Rift Valley, är 11 miljoner människor beroende av grundvatten som har högt fluoridinnehåll. Fluoridseparation från grundvatten är därför ett angeläget vattenbehandlingsområde.
Den vanligaste tekniken för fluoridseparation är adsorption, som med klokt val av adsorbent kan genomföras till låga kostnader och därigenom vara attraktivt för utvecklingsländer. Lermineral som bentonit, gibbsit, kaolinit och lignit har visat sig gångbara för adsorption av anjoner.
Här har aluminiumoxidbehandlad bentonit, saltsyrebehandlad bentonit och rå bentonit undersökts för fluoridseparation i kolonnförsök i labskala.
Försök
Rå bentonit från Indien, aluminiumsulfat i kristallform och 0,4 M saltsyra användes. Bentoniten torkades före tillsats av saltsyra resp. aluminiumsulfat. Aluminiumsulfatet löstes; 20 g Al2 (SO4)3 . 14 H2O i 100 mL vatten. 60 g av lermineralet blandades i 900 mL vatten och denna lösning blandades sakta in i aluminiumlösningen under en timme.
Adsorbentmaterialen analyserades avseende fukthalt (%), volymvikt, pH, partikeldensitet, nollytladdning (point of zero charge, pHpzc), samt katjonbyteskapacitet, CEC och specifik yta (m2/g).
Fluoridadsorptionen undersöktes i en kolumn med φ 1,5 cm och Hbädd = 10 cm, där flödet var 15 mL/min.
Resultat
Rå, syrabehandlad och aluminiumbehandlad bentonit (RB, ATB och AOMB) hade fuktinnehåll 1,7, 0,35 och 0,10 % respektive; pH var 7,16; 5,8 och 7,6.
Elektronmikroskopin visade i förstoringar 1000 till 10 000 ggr att den råa bentonitlerans yta var oregelbunden, kantig i formen. Röntgenanalysen visade att den bestod av Al, Si, Na, Mg, O, K, Ti, Fe och Ca.
Den råa bentoniten dominerades av kisel, aluminium och järn med 24, 11 och 15 vikts-% respektive.
Efter behandlingarna var procentandelarna 11; 7 och10 vikts-% (syrabehandling) för Si, Al och Fe samt 17; 13 och 16 vikts-% efter aluminiumoxidbehandling.
FT-IR spektra visade måttliga förändringar före och efter fluoridadsorptionen för de tre utgångsprodukterna; kurvorna visas i artikeln. Ringa förändringar för den aluminiumoxidbehandlade bentoniten indikerar att fysikaliska krafter är troligare än kemisorption vid adsorption av fluorid på denna adsorbent.
Ökningen i specifik yta var påtaglig med behandlingarna: Från 52 m2/g (rå) till 429 m2/g (syra) och 520 m2/g (Aloxid).
Parametrarna initial fluoridkoncentration, flöde och adsorbentens bäddjup undersöktes och för vidare studium valdes 5 mg/L, 15 mL/min. och 10 cm verksamt bäddjup. Efter 60 min i kolonnen uppmättes fluoridseparationerna 47 % (rå), 80 % (syrabeh) och 94 % (Aloxid).
Den höga fluoridseparationen för aloxidbehandlingad bentonit höll i sig i 180 min då genombrottet i kolonnen började göra sig gällande. Kapaciteten var då 2,9 mg fluorid/g adsorbent.
Slutsatser
Syrabehandlad bentonit och aluminiumoxidbehandlad bentonit kan användas för fluoridseparation. Metoden är enkel och måttligt kostsam att använda och kan vara ett alternativ i utvecklingsländer som har problem med höga fluoridhalter i grundvattnet.
Källa: Kalsido, A.1), Kumar, A. 2), Tekola, 1,3), Mogessie, B.4) & Alemayehu, E. 1,5): Evaluation of bentonite clay in modified and unmodified forms to remove fluoride from water. Water Science & Technology (2021) 84 (10-11): 2661–2674.
1) African Centre for Water Management, Addis Ababa University, P.O.Box 1176, Addis Ababa, Etiopien.
2) Environmental Engineering, Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology, New Delhi, India.
3) School of Chemical and Bio Engineering, Addis Ababa University, P.O.Box 1176, Addis Ababa, Etiopien.
4) Water Development Commission, Ministry of Water, Irrigation and Energy, Addis Ababa, Etiopien.
5) Faculty of Civil & Environmental Engineering, Jimma Institute, P.O. Box 378, Jimma, Etiopien.
Kontakt: adanewkalsido [ a ] gmail.com
