CN103962089B

CN103962089B - 一种高效廉价氟离子吸附剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN103962089B
Application number: CN201410214579.1A
Authority: CN
Inventors: 陈星�; 张开胜; 黄行九; 刘锦淮
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: CN103962089A

Abstract

本发明公开了一种高效廉价氟离子吸附剂及其制备方法和应用。本发明以可溶性的铁盐、铝盐、锰盐和氢氧化钠为原材料，在常温下通过溶液沉淀反应的方法合成铁、铝、锰三体系的复合氧化物沉淀物质，然后通过水洗、脱水、干燥后获得高效、廉价的吸附剂。将所得的吸附剂与煤粉、淀粉按一定比例混合，在成球机里成球，干燥得到一种高效、廉价氟离子吸附剂。由此方法制备的吸附剂，吸附容量是活性氧化铝的3倍以上。该吸附剂由于吸附容量高，减少了氟离子吸附剂的再生频率，降低了运行成本，同时又因为采用了铁、铝、锰盐为制备原料，直接用氢氧化钠共沉淀的方法，价格低廉，操作费用降低，而且制备工艺简单，可广泛应用在除氟净化水的工程工艺中。

Description

一种高效廉价氟离子吸附剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种高效、廉价氟离子吸附剂及其制备方法和氟离子吸附剂在水处理技术中的应用。

背景技术

氟作为一种人体必不可少的微量元素，适量的氟不仅可以保护牙齿，而且对骨骼的形成与代谢有重要的作用减少龋齿发生率，还对神经系统的兴奋性传导、钙磷代谢、甲状腺功能、细胞酶系统以及生殖过程都有益处。但长期摄入过量的氟会产生各种氟中毒症状，可能导致氟斑牙、氟骨症、肌肉纤维退化，甚至骨癌。因此，严格控制氟的摄入量对人体健康具有重要意义。

人体摄入氟的路径很多，饮用水是人体摄入氟的最大来源，几乎所有的天然水都含有一定量的氟离子，尤其是地下水。中国是世界上饮水型地方性氟中毒流行最广、危害最严重的国家之一。特别在高氟饮用水地区，对于饮用水在使用前都必须进行除氟处理。

世界健康组织规定饮用水中的氟含量的上限为1.5mg／L。我国饮用水卫生标准中规定，饮用水中氟含量应小于1.0 mg／L，超过该值即为高氟水。

目前，高氟水净化方法主要有吸附法、沉淀法、膜分离法、电凝聚法、离子交换法等，吸附法具有操作简单、成本低廉、方便易得等优点，使得吸附法适用于分散高氟水源中氟的去除，在众多的饮用水除氟方法中最为经济有效。但传统的吸附剂如活性氧化铝等存在吸附容量低等问题，影响实际应用。

本发明首次利用廉价的铁、铝、锰盐为制备原料，直接用氢氧化钠共沉淀的方法制备出铁、铝、锰金属复合物高吸附量的氟离子吸附剂，价格低廉，操作费用降低，而且制备工艺简单，可广泛应用在除氟净化水的工程工艺中。

发明内容

为了克服目前常用吸附剂（如骨炭、活性氧化铝、沸石等）吸附容量小，价格贵等缺憾，本发明提供了一种高效、廉价氟离子吸附剂，该氟离子吸附剂由于吸附容量高，减少了氟离子吸附剂的再生频率，从而大大降低了运行成本。

本发明的一种高效廉价氟离子吸附剂，包含有下述质量配比的原料组分：75%-80%的铁铝锰金属氧化物复合吸附剂、15%-20%的煤粉、5%-8%的改性淀粉。

所述铁铝锰金属氧化物复合吸附剂中，Fe、Al、Mn的摩尔比优选为0.5-1.5:3-5:0.5-1.5，最优选为1:4:1。

所述煤粉粒度优选100-300目。

本发明提供了该高效廉价氟离子吸附剂的制备方法，其包括将铁铝锰金属氧化物复合吸附剂、煤粉与改性淀粉进行混合的步骤，将混合物进行成球步骤以及将混合球体进行焙烧步骤。

所述高效廉价氟离子吸附剂的制备方法中，所述成球步骤是采用成球机将混合后的混合粉加水成球至粒径1.5-3.5mm。

所述焙烧步骤是将成球体在70-90℃干燥后，然后投入到120℃-150℃的回转窑炉中焙烧40-60分钟。

所述铁铝锰金属氧化物复合吸附剂是通过将铁盐、铝盐、锰盐溶液按照Fe、Al、Mn的摩尔比0.5-1.5:3-5:0.5-1.5混合并调pH5-6.5，然后将沉淀物水洗制得；所述铁盐、铝盐、锰盐溶液为可溶性的硝酸盐。

所述将沉淀物水洗后，于60-150℃干燥。

所述干燥后再磨粉至150-200目。

本发明高效廉价氟离子吸附剂在净化水处理中的应用。

本发明的氟离子吸附剂由于吸附容量高,吸附容量是活性氧化铝的3倍以上，减少了氟离子吸附剂的再生频率，从而大大降低了运行成本，同时铁、铝、锰金属氧化物的复合吸附剂的制备原料采用市场上比较普遍的铁盐、铝盐、锰盐，混合粉料中的添加粉料采用的是煤粉，价格低廉，操作费用降低，而且制备工艺简单，可广泛应用在除氟净化水的工程工艺中。

附图说明

图1为各类除氟吸附剂的吸附性能对比。

具体实施方式

下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。

实施例1

本发明的高效廉价氟离子吸附剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将铁盐、铝盐、锰盐溶液按照Fe、Al、Mn的摩尔比为1:4:1混合，加氢氧化钠调pH6共沉淀，过滤，水洗至中性，然后在100-110℃干燥，得铁、铝、锰金属氧化物的复合吸附剂。

（2）混合：取80%的铁、铝、锰金属氧化物的复合吸附剂，15%的200目精选煤粉，5%的改性淀粉在搅拌机中充分混合。

（3）成球：将混合后的混合粉加水成球至1.5-3.5mm。

（4）混合球体在80℃干燥后，然后投入到120℃的回转窑炉中焙烧60分钟，得本发明的氟离子吸附剂。

实施例2

本发明的高效廉价氟离子吸附剂的制备方法包括以下步骤：

（2）混合：取76%的铁、铝、锰金属氧化物的复合吸附剂，16%的200目精选煤粉，8%的改性淀粉在搅拌机中充分混合。

（3）成球：将混合后的混合粉加水成球至1.5-3.5mm。

实施例3

本发明的高效廉价氟离子吸附剂的制备方法包括以下步骤：

（2）混合：取75%的铁、铝、锰金属氧化物的复合吸附剂，20%的200目精选煤粉，5%的改性淀粉在搅拌机中充分混合。

（3）成球：将混合后的混合粉加水成球至1.5-3.5mm。

对比例

为了说明本发明的除氟吸附剂具有吸附容量高的特性，选择目前市场上除氟吸附剂和实施例1吸附剂作静态吸附对比试验，具体比较实施案例如下：

（1）分别称取市场上购买的沸石、羟基磷灰石、羰基磷灰石、活性氧化铝和本发明的Fe-Al-Mn吸附剂各300 mg。

（2）分别取F-浓度为10 mg/L、pH=7的300 mL模拟地表水水样于5个锥形瓶中。

（3）将（1）中称量好的5种吸附剂各300 mg分别加入到（2）中的锥形瓶溶液中，然后放水浴恒温振荡器中在20℃恒温振荡2 h。

（4）将吸附后的5个锥形瓶中的溶液分别过滤，利用氟离子选择电极测定各滤液中F-的含量并计算各自吸附量（如图1）。

根据图1可以看出，本发明的除氟吸附剂具有很高的氟离子吸附容量8.05mg/g，吸附效果远好于市场上购买的沸石、羟基磷灰石、羰基磷灰石、活性氧化铝等吸附剂。

Claims

1.一种高效廉价氟离子吸附剂，包含有下述质量配比的原料组分：75%-80%的铁铝锰金属氧化物复合吸附剂、15%-20%的煤粉、5%-8%的改性淀粉；所述铁铝锰金属氧化物复合吸附剂中，Fe、Al、Mn的摩尔比为1:4:1。

2.如权利要求1所述高效廉价氟离子吸附剂，其特征在于，所述煤粉粒度100-300目。

3.权利要求1-2任一项所述高效廉价氟离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括将铁铝锰金属氧化物复合吸附剂、煤粉与改性淀粉进行混合的步骤，将混合物进行成球步骤以及将混合球体进行焙烧步骤。

4.如权利要求3所述高效廉价氟离子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述成球步骤是采用成球机将混合后的混合粉加水成球至粒径1.5-3.5mm。

5.如权利要求3所述高效廉价氟离子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述焙烧步骤是将成球体在70-90℃干燥后，然后投入到120℃-150℃的回转窑炉中焙烧40-60分钟。

6.如权利要求3所述高效廉价氟离子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述铁铝锰金属氧化物复合吸附剂是通过将铁盐、铝盐、锰盐溶液按照Fe、Al、Mn的摩尔比1:4:1混合并调pH5-6.5，然后将沉淀物水洗制得。

7.如权利要求6所述高效廉价氟离子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述将沉淀物水洗后，于60-150℃干燥。

8.如权利要求7所述高效廉价氟离子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述干燥后再磨粉至150-200目。

9.由权利要求3所述方法制得的高效廉价氟离子吸附剂在净化水处理中的应用。