在全球范围内，工业化的快速发展使得80%的废水未经处理就排放到环境中，威胁着全球水环境和人类健康，并且Cd²⁺和F^-会同时共存于半导体、采矿、冶炼和化肥等行业产生的废水中。目前从废水中去除Cd²⁺和F^-的方法有化学沉淀法、离子交换法和吸附法等，这些方法中，吸附法因其成本低、效率高、易于操作和环境友好性，被认为是最有效和最有吸引力的方法之一。其中，动物骨头是常见的畜牧业废弃物，并且由于其主要成分是羟基磷灰石，使其相比较其他吸附剂具有更高的酸碱调节性、离子交换能力和生物相容性。本章提出用未改性的牛骨粉对Cd²⁺和F^-进行吸附，探究单一体系和混合体系中牛骨粉的吸附性能，评价牛骨粉是否为一种有效的天然吸附剂。

图1显示牛骨粉(BBM)对溶液中Cd²⁺和F^-的吸附随时间的变化规律以及吸附动力学拟合的曲线图。在前20小时内，BBM的吸附容量迅速增加，但20 h后速率缓慢下降，并在80 h后逐渐达到平衡，并且BBM对Cd²⁺和F^-的吸附过程中，准二级动力学模型比准一级动力学模型更符合实验数据（R2 > 0.957）。这意味着BBM对Cd²⁺和F^-的吸附受化学吸附控制。

图1单组分体系中Cd²⁺和F^-在BBM上的拟一/二级吸附动力学

由图2a可知随着Cd²⁺初始浓度的增加，吸附容量先快速增加后变得缓慢，根据Langmuir模型可计算出，BBM对Cd²⁺的理论最大吸附容量为78.969 mg/g。结果表明，Freundlich模型比Langmuir模型的拟合程度更好（R² = 0.955），说明该吸附过程是发生在非均相吸附剂表面上的多分子层吸附。图2b显示了BET等温线模型可以对F^-实验数据进行较好的拟合（R² = 0.990），这表明在低浓度区域，F^-通过静电相互作用和离子交换吸附到BBM表面的第一层上，当单层吸附饱和后，因为多分子层吸附，BBM对F^-的吸附容量迅速增加。根据BET模型，多层吸附主要归因于范德华力和吸附分子之间的静电作用。从上述结论可以得出，根据F^-初始浓度不同，BBM吸附F^-存在不同的作用机理。

图2单组分体系中Cd²⁺和F^-在BBM上的吸附等温线

从图3中可以看出，在双组分Cd²⁺/F^-体系中，F^-对Cd²⁺的吸附表现出轻微的拮抗作用，而Cd²⁺会显著促进F^-的吸附，所以BBM是一种有效，廉价的吸附剂，可应用于同步去除水中Cd²⁺和F^-。

图3 Cd²⁺和F^-混合体系在BBM上的吸附等温线

论文以“Adsorption behaviors and mechanisms of simultaneous cadmium and fluoride removal on waste bovine bone from aqueous solution”为题发表于环境领域学术期刊Journal of Environmental Chemical Engineering上（https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.109035），硕士生王梦婷同学主力贡献。欢迎感兴趣的同行关注。