CN101862644A - 一种Al掺杂羟基磷灰石高效除氟吸附剂的制备方法 - Google Patents

一种Al掺杂羟基磷灰石高效除氟吸附剂的制备方法 Download PDF

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孔垂鹏
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Abstract

一种Al掺杂羟基磷灰石高效除氟吸附剂的制备方法。将一定量的Ca(NO3)2·4H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解于已除尽CO2的去离子水中，向溶液中滴加一定量85％的磷酸，并用氨水调节溶液的pH值至8.5-9.5；将得到的白色乳状液转移到高压反应釜中，于80-110℃水热陈化4-8小时；将沉淀过滤，用去离子水洗涤，60-80℃下烘干5-8小时，制得Al掺杂的羟基磷灰石吸附剂。与单独羟基磷灰石较低的吸附能力相比(对氟离子的吸附容量为18.1mg/g)，羟基磷灰石经过Al掺杂以后对氟离子的吸附能力有了明显提高，其理论最大吸附量达到32.6mg/g。

Description

一种Al掺杂羟基磷灰石高效除氟吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种除氟吸附剂的制备方法，具体地说涉及一种Al掺杂羟基磷灰石除氟吸附剂的制备方法。
背景技术
氟离子广泛存在于天然水体和地下水体系当中，长期饮用含氟量过高的水会引起人体氟中毒，从而导致氟骨病，氟斑牙等。世界卫生组织规定饮用水中的氟离子含量不能超过1.5mg/L，我国也已规定饮用水中的氟离子含量不得高于1.0mg/L。
吸附法由于成本低、效果好、设备简单，因此被广泛用于去除饮用水中过量的氟离子。羟基磷灰石作为饮用水除氟的吸附剂，具有制备简单、成本低廉的特点，然而其吸附容量相对较低，需要频繁的对吸附剂进行更换和再生；因此，需要研制吸附容量更大、使用周期更长的除氟吸附剂。
影响吸附剂吸附除氟能力的因素主要包括以下三个方面：(1)吸附剂表面羟基的丰富程度；(2)吸附剂的比表面积；(3)对氟离子有无选择性吸附。事实证明，表面羟基越丰富、比表面积越大、对氟离子有特性吸附的吸附剂，除氟效果越好。
发明内容
本发明的目的在于通过对现有羟基磷灰石进行Al掺杂改性，得到一种吸附容量更大的除氟吸附剂。
为实现上述目的，本实验采用共沉淀法制备一种Al掺杂羟基磷灰石氟离子吸附剂。实验证明，该吸附剂相对于原有的羟基磷灰石氟离子吸附剂，在吸附容量上有很大提高，该材料具有很大的比表面积，且其制备过程简单，易于操作，在氟离子的吸附去除方面具有相当的应用潜力。
具体的说本发明的制备方法为：
将一定量的Ca(NO3)2·4H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解于已除尽CO2的去离子水中，其中Ca(NO3)2·4H2O与Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为5∶1-20∶1，溶液中Ca2+与Al3+的总离子浓度为0.1-0.5mol/L，向溶液中滴加一定量85％的磷酸，保证溶液中(Ca2++Al3+)与PO4 3-的摩尔比为10∶1-10∶7，用氨水调节溶液的pH值至8.5-9.5；将得到的白色乳状液转移到高压反应釜中，于80-110℃水热陈化4-8小时；将沉淀过滤，用去离子水洗涤，60-80℃下烘干5-8小时，制得Al掺杂的羟基磷灰石吸附剂。
附图说明
图1为本发明制备的Al掺杂羟基磷灰石吸附剂的X射线衍射图。
图2为本发明制备的Al掺杂羟基磷灰石吸附剂的N2吸附-脱附曲线图。
图3为本发明制备的Al掺杂羟基磷灰石吸附剂对氟离子的吸附等温线图。
具体实施方式
通过下面给出的实施例和应用例，可以看出本发明的技术特征和优点。
具体实施方式一：Al掺杂羟基磷灰石除氟吸附剂的制备与表征
将一定量的Ca(NO3)2·4H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解于已除尽CO2的去离子水中，其中Ca(NO3)2·4H2O与Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为5∶1-20∶1，溶液中Ca2+与Al3+的总离子浓度为0.1-0.5mol/L，向溶液中滴加一定量85％的磷酸，保证溶液中(Ca2++Al3+)与PO4 3-的摩尔比为10∶1-10∶7，用氨水调节溶液的pH值至8.5-9.5；将得到的白色乳状液转移到高压反应釜中，于80-110℃水热陈化4-8小时；将沉淀过滤，用去离子水洗涤，60-80℃下烘干5-8小时，制得Al掺杂的羟基磷灰石吸附剂。
将羟基磷灰石(HAP)吸附剂经过Al掺杂前后的样品进行X射线衍射分析，结果如图1所示，与HAP相比，羟基磷灰石经过Al掺杂以后(HAP-Al)峰形变宽、而衍射峰强度明显加强，说明羟基磷灰石经过Al掺杂以后仍然结晶良好，Al在羟基磷灰石颗粒内部很好的分散。
对HAP、HAP-Al进行比表面积分析，结果如图2所示，HAP、HAP-Al的比表面积分别为75.7和258.6m2/g，Al的掺杂显著提高了羟基磷灰石的比表面积。氟离子的去除主要与吸附剂自身的表面羟基有关，HAP-Al较大的比表面积决定其应该具有较强的吸附去除氟离子的能力。
具体实施方式二：Al掺杂羟基磷灰石吸附除氟的吸附效率
将50mg HAP或HAP-Al吸附剂加入100ml一定浓度的氟离子溶液中，于25℃下恒温震荡，吸附过程中滴加0.1M的硝酸和0.1M NaOH维持溶液pH＝7，每隔一定时间取样分析溶液中氟离子的浓度变化情况。
图3为HAP和HAP-Al对氟离子的吸附等温线图，从图中可以看出，本发明制备的Al掺杂羟基磷灰石吸附剂对水体中的氟离子具有很好的吸附去除能力，与HAP相比，其理论最大吸附容量从18.1mg/g提高到32.6mg/g，吸附效率明显大于常用的羟基磷灰石和活性氧化铝吸附剂。

Claims (5)

1.一种Al掺杂羟基磷灰石高效除氟吸附剂的制备方法，其主要步骤为：将一定量的Ca(NO3)2·4H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解于已除尽CO2的去离子水中，其中Ca(NO3)2·4H2O与Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为5∶1-20∶1，溶液中Ca2+与Al3+的总离子浓度为0.1-0.5mol/L，向溶液中滴加一定量85％的磷酸，保证溶液中(Ca2++Al3+)与PO4 3-的摩尔比为10∶1-10∶7，用氨水调节溶液的pH值至8.5-9.5；将得到的白色乳状液转移到高压反应釜中，于80-110℃水热陈化4-8小时；将沉淀过滤，用去离子水洗涤，60-80℃下烘干5-8小时，制得Al掺杂的羟基磷灰石吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Ca(NO3)2·4H2O与Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为5∶1-20∶1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，保证溶液中(Ca2++Al3+)与PO4 3-的摩尔比为10∶1-10∶7，利于形成羟基磷灰石结构。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，用氨水调节溶液的pH值至8.5-9.5。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，白色乳状液在高压反应釜中于80-110℃水热陈化4-8小时。
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