CN104923150A - 一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，该方法以商用颗粒活性氧化铝作为载体，使用硝酸镧溶液对其进行浸渍，经过超声和烧结步骤完成一次镧氧化物对活性氧化铝的负载。经过多次负载后将其用于去除水中的氟。通过一系列实验证明本发明制备的载镧活性氧化铝，大幅提升了除氟效果，适用的pH范围更广，并且有效抑制了吸附过程中铝的泄露，使除氟后的饮用水更适宜饮用。
Description
技术领域
本发明涉及除氟吸附剂及其制备方法，特别涉及一种有效去除水中氟的载镧活性氧化铝除氟吸附剂及其制备方法。
技术背景
地下水中过量的氟(>1.5mg/L)会对人体造成明显的损害，长期饮用能导致氟斑牙和氟骨病的产生。世界范围内约有2亿人饮用的水超过了世界卫生组织规定的标准。我国的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)明确规定饮用水中的氟含量不能超过1mg/L。目前我国山西、内蒙、吉林等地有大量地区地下水中氟含量严重超标。如何有效去除地下水中的氟是亟待解决的问题。
目前去除水中氟的方法包括化学沉淀法、电化学法、膜处理法以及吸附法。其中，使用化学沉淀法去除地下水中的氟存在投加沉淀剂困难和容易造成二次污染等问题；使用电化学法和膜处理法成本高昂，不易在含氟量高的农村等地区使用。吸附法是目前应用范围最广的除氟方法，其使用方法简易，成本低廉。目前使用最多的吸附剂是活性氧化铝。使用活性氧化铝吸附水中的氟被美国环保局认为是除氟最好的技术。活性氧化铝对水体pH值依赖较高，在低pH条件下容易吸附氟，在高pH条件下除氟效率很低。但实际高氟水往往碱性较高，因此活性氧化铝对实际地下水中氟的去除效率并不高。此外，使用活性氧化铝去除地下水中的氟容易造成铝的泄露，对人体造成一定的危害。
针对活性氧化铝的这一问题，有较多的研究对其进行改性从而提高其除氟效率。其中使用镧改性制备负载镧的活性氧化铝已经被证明为行之有效的方法。已有的方法仅对实验室制备的活性氧化铝进行负载，并没有形成对活性氧化铝的包裹，因此在除氟过程中无法抑制铝的泄露。目前对活性氧化铝，尤其是商用的颗粒活性氧化铝直接负载镧尚无研究报道。
本发明采用浸渍-超声-烧结的方法，对商用颗粒活性氧化铝进行镧的多次负载，使用镧负载后的活性氧化铝吸附水中的氟。实验表明，镧氧化物以花朵状结构覆盖在活性氧化铝的表面，这种新材料对氟的吸附容量相比活性氧化铝大幅提高，适用的pH范围更广。另外，镧的负载有效抑制了铝的滤出，使得处理后的水更适宜饮用。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本申请的发明人进行了反复的深入研究，从而完成本发明。本发明的目的在于提供一种有效去除水中氟的载镧活性氧化铝除氟吸附剂及其制备方法。
根据本发明的一个具体实施方式，一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂，其特征在于，氧化镧以花朵状微/纳米结构分布在活性氧化铝表面。
根据本发明的一个具体实施方式，一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，其特征在于：该方法包括：以颗粒活性氧化铝作为载体，使用硝酸镧溶液浸渍的方法，通过超声与烧结过程，得到载镧活性氧化铝颗粒。
根据本发明的一个具体实施方式，该吸附剂载体活性氧化铝的预处理方法为：使用去离子水冲洗活性氧化铝，冲洗至电导率低于100μS/m后，烘干。
根据本发明的一个具体实施方式，所述烘干温度为55℃。
根据本发明的一个具体实施方式，该吸附剂镧负载方法为：将活性氧化铝浸渍于10mL0.9mol/L的硝酸镧溶液中，溶液pH为6.0，超声4小时，55℃下烘干。
根据本发明的一个具体实施方式，该吸附剂烧结温度为300℃，烧结时间为4小时。
根据本发明的一个具体实施方式，该吸附剂的镧负载次数为5次。
本发明载镧活性氧化铝吸附水中的氟，其吸附容量较活性氧化铝有大幅提高，适用pH范围广，并且可抑制铝的滤出。本发明制备的载镧活性氧化铝含镧19.2%，粒径在1-3mm，成本低廉，可以直接应用至工业中。
附图说明
附图1为本发明在不同温度下制备的载镧活性氧化铝室温下对水中氟（初始含量10mg/L，pH=7）的去除效果。由图中可以看出，在300℃进行烧结，有利于对水中氟的去除。
附图2为本发明在不同负载次数下制备的载镧活性氧化铝室温下对水中氟（初始含量10mg/L）的去除效果。由图中可以看出，负载次数达到5次之后，载镧活性氧化铝对水中氟的去除率达到饱和，说明负载次数5次已经足够。
附图3为购买的活性氧化铝与本发明制备的载镧活性氧化铝半球内部的扫描电镜图片。从图中可以看出，大量花朵状的微/纳米结构覆盖在了活性氧化铝的表面。
附图4为本发明制备的载镧活性氧化铝上花朵状微/纳米结构X射线能谱扫描图。从图中可以看出，花朵状微/纳米结构主要由镧构成，进一步说明了花朵状微/纳米结构的组成物质是镧氧化物。
附图5为本发明制备的载镧活性氧化铝与购买的活性氧化铝对水中氟的吸附容量的比较。从图中可以看出，与活性氧化铝相比，载镧活性氧化铝吸附氟容量提高了将近6倍。
附图6为本发明制备的载镧活性氧化铝与购买的活性氧化铝在不同pH下对水中氟的去除效果比较。从图中可以看出，购买的活性氧化铝在高pH条件下除氟效率大幅下降，而载镧活性氧化铝在较广的pH范围内均能有效去除水中的氟。
附图7为本发明制备的载镧活性氧化铝与购买的活性氧化铝在不同pH下吸附水中氟时泄露铝的情况。从图中可以看出，活性氧化铝上镧的负载有效抑制了铝的泄露，使得去除氟之后的饮用水更适宜饮用。
发明实施例
下面进一步通过实施例来阐述本发明
实施例1载镧活性氧化铝的制备：首先对购买的活性氧化铝进行预处理，对其使用去离子水进行冲洗后放于55℃下烘干。准确称取19.85g六水硝酸镧，超声促溶后定容至50mL，使用氨水调节pH至6.0，得到负载用的镧溶液。将活性氧化铝浸渍于10mL镧溶液中，超声4小时。之后在55℃下烘干。烘干后在不同温度（100～1000℃）下进行烧结，待材料冷却到室温后，使用去离子水冲洗掉不牢固的镧氧化物，最后，在55℃下烘干。重复以上步骤5次可得到本发明制备的载镧活性氧化铝。
实施例2载镧活性氧化铝吸附氟的性能：准确称取0.1g载镧活性氧化铝，加入100mL含氟10mg/L的吸附液内，背景液为0.01mol/L高氯酸钠。混匀，放入摇床中进行平衡吸附实验。温度25℃，pH调至所需值。吸附时间达到后将吸附液过滤0.45μm滤头。使用电极法测定水中氟的浓度，使用ICP-MS测量水中铝的浓度。
Claims (7)
1.一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂，其特征在于，氧化镧以花朵状微/纳米结构分布在活性氧化铝表面。
2.根据权利要求1所述的载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，其特征在于：该方法包括：以颗粒活性氧化铝作为载体，使用硝酸镧溶液浸渍的方法，通过超声与烧结过程，得到载镧活性氧化铝颗粒。
3.如权利要求2所述的一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，其特征在于：该吸附剂载体活性氧化铝的预处理方法为：使用去离子水冲洗活性氧化铝，冲洗至电导率低于100μS/m后，烘干。
4.如权利要求3所述的一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，所述烘干温度为55℃。
5.如权利要求2或3所述的一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，该吸附剂镧负载方法为：将活性氧化铝浸渍于10mL0.9mol/L的硝酸镧溶液中，溶液pH为6.0，超声4小时，55℃下烘干。
6.如权利要求2或3所述的一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，该吸附剂烧结温度为300℃，烧结时间为4小时。
7.如权利要求2或3所述的一种载镧活性氧化铝除氟吸附剂的制备方法，，该吸附剂的镧负载次数为5次。
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