CN102430394A - 一种水热改性棉铃内壳吸附除氟材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水热改性棉铃内壳吸附除氟材料的制备方法，是以薄片状的棉铃内壳为原材料，采用高压水热反应釜进行水热改性的方法，得到红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料。本发明通过水热改性将棉铃内壳制备成吸附除氟材料，水热改性可以提高吸附材料的比表面积，改善吸附材料的孔道结构，提高吸附容量和吸附效率。同时水热改性可以明显改变吸附材料的表面化学基团，使其对氟的吸附选择性明显增强。由于本发明制备的棉铃内壳吸附除氟材料保留了棉铃内壳的薄片状，便于吸附后的固液分离，变废为利，环境友好，具有较高的应用前景以及明显的经济和环境效益。

Description

一种水热改性棉铃内壳吸附除氟材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种采用棉铃内壳制备吸附除氟材料的方法，属于吸附除氟材料技术领域。
背景技术
近年来，由于长期饮用高氟水导致大量人群出现氟中毒现象，严重影响了人们的身体健康，采用一种经济有效的方法和材料除氟的任务显得非常紧迫。目前国内外用于除氟的方法主要有离子交换法、混凝沉淀法、吸附法、电渗析法、反渗透法等。其中吸附法成本低、工艺简单、效率高，是高氟饮用水净化的理想方法。常用的吸附除氟材料包括活性氧化铝、沸石分子筛等，但由于这些吸附除氟材料的价格昂贵，且吸附效率不高，难以满足高氟水净化的需要，大规模推广应用存在明显瓶颈。鉴于目前对高氟水净化的迫切要求，寻找吸附效率高、吸附容量大、成本低廉的新型吸附除氟材料已成为国内外重要研究课题。
由于棉铃壳中含有较多的木质素和粗纤维，直接作为饲料喂养牲畜会很难消化，大大限制了棉铃壳的综合利用。棉铃内壳目前主要用做燃料、食用菌培养基，综合利用率很低。
利用棉铃内壳制备吸附除氟材料的方法尚未见诸报道。
发明内容
本发明针对现有吸附除氟材料存在的价格昂贵、吸附效率不高等不足，提供一种利用棉铃内壳作为原料的水热改性棉铃内壳吸附除氟材料的制备方法，制备的棉铃内壳吸附除氟材料吸附容量大、吸附效率高、吸附选择性强、易于固液分离。
本发明的水热改性棉铃内壳吸附除氟材料的制备方法，是以薄片状的棉铃内壳为原材料，采用高压水热反应釜进行水热改性的方法，得到红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料；具体包括以下步骤：
（1）将棉铃壳的外壳剥去，留下薄片状的棉铃内壳，将棉铃内壳水洗后晾干，截成边长0.9厘米-1.1厘米的矩形薄片，在90℃-110℃烘烤30分钟-60分钟；
（2）将烘干后的棉铃内壳矩形薄片完全浸入到浓度为0.5mol/L-2mol/L的磷酸溶液中，或完全浸入到浓度为0.5mol/L-2mol/L的氢氧化钾溶液中，或完全浸入到磷酸浓度为0.5mol/L-2mol/L和硝酸镧质量浓度为1%-5%的磷酸与硝酸镧的混合溶液中，或完全浸入到磷酸浓度为0.5mol/L-2mol/L和硝酸铈质量浓度为1%-5%的磷酸与硝酸铈的混合溶液中，浸泡10分钟-30分钟后，将棉铃内壳矩形薄片与浸泡溶液一起转入高压水热反应釜中，在120℃-180℃加热8小时-12小时；
（3）待高压水热反应釜冷却至室温后，将棉铃内壳矩形薄片取出，用蒸馏水或去离子水洗涤至pH值6.0-7.0，烘干，即制得水热改性的呈红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料。
本发明通过水热改性将棉铃内壳制备成吸附除氟材料，水热改性可以提高吸附材料的比表面积，改善吸附材料的孔道结构，提高吸附容量和吸附效率。同时水热改性可以明显改变吸附材料的表面化学基团，使其对氟的吸附选择性明显增强。由于本发明制备的棉铃内壳吸附除氟材料保留了棉铃内壳的薄片状，便于吸附后的固液分离，变废为利，环境友好，具有较高的应用前景以及明显的经济和环境效益。
附图说明
附图是本发明制备的棉铃内壳吸附除氟材料的扫描电镜（SEM）照片（放大2万倍）。
具体实施方式
实施例1
（1）取棉铃壳，将棉铃壳的外壳除去，留下洁净的薄片状淡黄色棉铃内壳，将棉铃内壳水洗后晾干，截成边长0.9厘米-1.1厘米的矩形薄片，在100℃烘烤45分钟；
（2）将5克棉铃内壳完全浸入浓度为0.5mol/L-2mol/L的磷酸溶液中，浸泡20分钟后，一起转入高压水热反应釜（一般都带有聚四氟乙烯内衬，且为不锈钢材质）中，在150℃加热10小时；
（3）待高压水热反应釜冷却至室温后，取出棉铃内壳，将棉铃内壳用蒸馏水或去离子水洗涤至pH值为6.0-7.0，烘干，即制得水热改性的呈红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料。
附图给出了本实施例制备的棉铃内壳吸附除氟材料的扫描电镜（SEM）照片（放大2万倍）。实验显示，本实施例制备的这种磷酸水热改性的棉铃内壳吸附除氟材料的比表面积423.3m2/g，对100ml浓度为10mg/L含氟水（以F-计）进行静态吸附，0.5g棉铃内壳吸附除氟材料在30分钟内的吸附量为8.39mg。
实施例2
（1）取棉铃壳，将棉铃壳的外壳除去，留下洁净的薄片状淡黄色棉铃内壳，将棉铃内壳水洗后晾干，截成边长0.9厘米-1.1厘米的矩形薄片，在110℃烘烤30分钟；
（2）将8克棉铃内壳完全浸入浓度为0.5mol/L-2mol/L氢氧化钾溶液中，浸泡10分钟后，一起转入高压水热反应釜（一般都带有聚四氟乙烯内衬，且为不锈钢材质）中，在120℃加热12小时；
（3）待高压水热反应釜冷却至室温后，取出棉铃内壳，将棉铃内壳用蒸馏水或去离子水洗涤至pH值为6.0-7.0，烘干，即制得水热改性的呈红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料。
实验显示，本实施例制备的这种氢氧化钾水热改性的棉铃内壳吸附除氟材料的比表面积614.7m2/g，对100ml浓度为10mg/L含氟水（以F-计）进行静态吸附，0.5g棉铃内壳吸附除氟材料在30分钟内的吸附量为9.12mg。
实施例3
（1）取棉铃壳，将棉铃壳的外壳除去，留下洁净的薄片状淡黄色棉铃内壳，将棉铃内壳水洗后晾干，截成边长0.9厘米-1.1厘米的矩形薄片，在90℃烘烤60分钟；
（2）将2克棉铃内壳完全浸入磷酸与硝酸镧的混合溶液（将磷酸与硝酸镧溶于水，该溶液中磷酸浓度为0.5mol/L-2mol/L，硝酸镧质量浓度为1%-5%）中，浸泡30分钟后，一起转入有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜（一般都带有聚四氟乙烯内衬，且为不锈钢材质）中，在180℃加热8小时；
（3）待高压水热反应釜冷却至室温后，取出棉铃内壳，将棉铃内壳用蒸馏水或去离子水洗涤至pH值为6.0-7.0，烘干，即制得水热改性的呈红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料。
实验显示，本实施例制备的这种磷酸与硝酸镧水热改性并经过渡金属镧修饰的棉铃内壳吸附除氟材料的比表面积为458.1m2/g，对100ml浓度为10mg/L含氟水（以F-计）进行静态吸附，0.5g棉铃内壳吸附除氟材料在30分钟内的吸附量为9.55mg。
实施例4
（1）取棉铃壳，将棉铃壳的外壳除去，留下洁净的薄片状淡黄色棉铃内壳，将棉铃内壳水洗后晾干，截成边长0.9厘米-1.1厘米的矩形薄片，在105℃烘烤50分钟；
（2）将6克棉铃内壳完全浸入磷酸与硝酸铈的混合溶液（将磷酸与硝酸铈溶于水，该溶液中磷酸浓度为0.5mol/L-2mol/L，硝酸铈质量浓度为1%-5%）中，浸泡15分钟后，一起转入高压水热反应釜（一般都带有聚四氟乙烯内衬，且为不锈钢材质）中，在160℃加热9小时；
（3）待高压水热反应釜冷却至室温后，取出棉铃内壳，将棉铃内壳用蒸馏水或去离子水洗涤至pH值为6.0-7.0，烘干，即制得水热改性的呈红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料。
实验显示，本实施例制备的这种磷酸与硝酸铈水热改性并经过渡金属铈修饰的棉铃内壳吸附除氟材料的比表面积447.1m2/g，对100ml浓度为10mg/L含氟水（以F-计）进行静态吸附，0.5g棉铃内壳吸附除氟材料在30分钟内的吸附量为9.29mg。 

Claims (1)

1.一种水热改性棉铃内壳吸附除氟材料的制备方法，其特征是，以薄片状的棉铃内壳为原材料，采用高压水热反应釜进行水热改性的方法，得到红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料；具体包括以下步骤：
（1）将棉铃壳的外壳剥去，留下薄片状的棉铃内壳，将棉铃内壳水洗后晾干，截成边长0.9厘米-1.1厘米的矩形薄片，在90℃-110℃烘烤30分钟-60分钟；
（2）将烘干后的棉铃内壳矩形薄片完全浸入到浓度为0.5mol/L-2mol/L的磷酸溶液中，或完全浸入到浓度为0.5mol/L-2mol/L的氢氧化钾溶液中，或完全浸入到磷酸浓度为0.5mol/L-2mol/L和硝酸镧质量浓度为1%-5%的磷酸与硝酸镧的混合溶液中，或完全浸入到磷酸浓度为0.5mol/L-2mol/L和硝酸铈质量浓度为1%-5%的磷酸与硝酸铈的混合溶液中，浸泡10分钟-30分钟后，将棉铃内壳矩形薄片与浸泡溶液一起转入高压水热反应釜中，在120℃-180℃加热8小时-12小时；
（3）待高压水热反应釜冷却至室温后，将棉铃内壳矩形薄片取出，用蒸馏水或去离子水洗涤至pH值6.0-7.0，烘干，即制得水热改性的呈红褐色薄片状固体的棉铃内壳吸附除氟材料。
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