CN113117643A - 一种改性生物质炭吸附材料及其制备方法和应用、改性生物质炭吸附材料再生的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于吸附剂技术领域,具体涉及一种改性生物质炭吸附材料及其制备方法和应用、改性生物质炭吸附材料再生的方法。本发明提供了一种改性生物质炭吸附材料,包括水蒸气活化的生物质炭和静电吸附在水蒸气活化的生物质炭表面以及孔隙中的Fe3+和Al3+;所述Fe3+和Al3+的摩尔比为1~3:5,Fe3+和Al3+的总质量和水蒸气活化的生物质炭的质量比为5~20:1000;Fe3+和部分Al3+有配位水分子;水蒸气活化的生物质炭的比表面积为500~1000m2/g,孔容为0.5~1.0cm3/g。在本发明中,水蒸气活化的生物质炭具有较大的比表面积;Fe3+和Al3+对F‑产生化学吸附除去溶液中的F‑。
Description
技术领域
本发明属于吸附剂技术领域,具体涉及一种改性生物质炭吸附材料及其制备方法和应用、改性生物质炭吸附材料再生的方法。
背景技术
氟(F)是人体必需的微量元素之一,但长期过量摄入会引起氟斑牙和氟骨症等疾病,严重影响人体健康。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)和《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)对饮用水及工业废水中氟含量均有严格规定。然而,随着工业的快速发展,大量含氟工业废水广泛地进入水体和土壤,最终对人体产生危害。
目前,处理含氟废水常用的方法有吸附法、混凝沉淀法、膜分离法、电化学法、离子交换法等。其中,混凝沉淀法和吸附法由于实用性较强而受到研究者普遍关注。混凝沉淀法能够一次性处理大量的废水,但是使用该方法出水的水质不够稳定且产生的污泥量较多,增加后续处理难度,同时可能引入絮凝剂中的有害物质,造成二次污染。吸附法因其工艺简单、操作方便、成本低廉、选择性高、二次污染小等特点,成为最主要的处理含氟废水的方法。目前常用的吸附材料有活性氧化铝、沸石、载铝离子树脂等,但是现有的吸附材料存在着附容量有限的缺点。
例如,张凡菲等(张凡菲,等.椰壳活性炭负载HAP去除饮用水中F-的研究.广东化工,2018,45(12):100-103)以椰壳活性炭为主要原料,经过HNO3氧化、Ca(OH)2-H3PO4化学沉淀等步骤制备了负载羟基磷灰石的氟离子吸附材料,但该方法制备的吸附材料的吸附能力有限,对氟离子最大吸附容量仅为0.78mg/L。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种改性生物质炭吸附材料,本发明提供的改性生物质炭吸附材料中的Fe3+和Al3+对F-具有较强的化学吸附,显著提高了改性生物质炭吸附材料对F-的吸附性能。
本发明提供了一种改性生物质炭吸附材料,包括水蒸气活化的生物质炭和静电吸附在所述水蒸气活化的生物质炭表面以及孔隙中的Fe3+和Al3+;所述Fe3+和Al3+的摩尔比为1~3:5,所述Fe3+和Al3+的总质量和水蒸气活化的生物质炭的质量比为5~20:1000;
所述Fe3+和部分Al3+有配位水分子;
所述水蒸气活化的生物质炭的比表面积为500~1000m2/g,孔容为0.5~1.0cm3/g。
本发明还提供了上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料的制备方法,包括以下步骤:
将生物质炭进行水蒸气活化,得到水蒸气活化的生物质炭;
将所述水蒸气活化的生物质炭与含有Fe3+和Al3+的溶液混合吸附,得到所述改性生物质炭吸附材料。
优选的,所述水蒸气活化的温度为500~900℃,时间为60~120min,炭水比为1:2~4。
优选的,所述含有Fe3+和Al3+的溶液中Fe3+浓度为0.05~0.3mol/L,Al3+浓度为0.1~0.5mol/L。
优选的,所述水蒸气活化的生物质的质量和含有Fe3+和Al3+的溶液的体积比为1g:10~40mL。
优选的,所述混合在摇床中进行,所述摇床的转速为120~200r/min,时间为12~30h。
本发明还提供了上述技术方案所述吸附材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的吸附材料在含氟废水处理中的应用。
本发明还提供了一种改性生物质炭吸附材料再生的方法,包括以下步骤:
将使用后的改性生物炭吸附材料与强碱溶液混合进行初级再生,得到初级再生吸附材料,所述改性生物炭吸附材料为上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的改性生物质炭吸附材料;
将所述初级再生吸附材料和强酸溶液再混合进行次级再生,得到再生吸附材料。
优选的,所述强碱溶液中OH-的摩尔浓度为0.5~2.0mol/L,所述使用后的改性生物质炭吸附材料的质量与强碱溶液的体积比为1g:98~102mL。
优选的,所述强酸溶液中H+的摩尔浓度为0.1~1.0mol/L,所述初级再生吸附材料的质量与强酸溶液的体积比为1g:98~102mL。
本发明提供了一种改性生物质炭吸附材料,包括水蒸气活化的生物质炭和静电吸附在所述水蒸气活化的生物质炭表面以及孔隙中的Fe3+和Al3+;所述Fe3+和Al3+的摩尔比为1~3:5,所述Fe3+和Al3+的总质量和水蒸气活化的生物质炭的质量比为5~20:1000;所述Fe3+和部分Al3+有配位水分子;所述水蒸气活化的生物质炭的比表面积为500~1000m2/g,孔容为0.5~1.0cm3/g。在本发明中,所述水蒸气活化活化的生物质炭具有较多的微孔和中孔结构,较大的比表面积提高了生物质炭的吸附性能。在本发明中,所述Fe3+和部分Al3+有配位水分子,由于Fe3+和Al3+对F-具有较强的亲和力,F-会与Fe3+的配位水分子以及Al3+的配位水分子发生化学交换达到除氟的目的;同时F-自溶液扩散至中心离子Al3+附近与其发生配位形成络合物,进一步除去溶液中的F-。本发明中,所述Fe3+和Al3+对F-具有较强的化学吸附,进一步提高了改性生物质炭吸附材料的吸附能力。
本发明还提供了上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料的制备方法,包括以下步骤:将生物质炭进行水蒸气活化,得到水蒸气活化的生物质炭;将所述水蒸气活化的生物质炭与含有Fe3+和Al3+的溶液混合吸附,得到所述改性生物质炭吸附材料。在本发明中,所述在水蒸气活化过程中,生物质炭与水蒸气发生反应,形成大量微孔和中孔结构,增大了生物质炭的比表面积,提高了生物质炭的吸附性能。所述水蒸气活化的生物质炭静电吸附Fe3+和Al3+后提高了生物质炭的化学吸附能力,提高了生物质炭对F-的吸附容量。
本发明还提供了上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料再生的方法,包括以下步骤:将使用后的改性生物质炭吸附材料与强碱溶液混合进行初级再生,得到初级再生吸附材料;将所述初级再生吸附材料和强酸溶液再混合进行次级再生,得到再生吸附材料。按照本发明提供的方法对改性生物质炭吸附材料进行再生后,改性生物质炭吸附材料的再生率为98.6,经过5次使用循环再生,其再生率为61.9%。
具体实施方式
本发明提供了一种改性生物质炭吸附材料,包括水蒸气活化的生物质炭和静电吸附在水蒸气活化的生物质炭表面以及孔隙中的Fe3+和Al3+;所述Fe3+和Al3+的摩尔比为1~3:5,优选为1.5~2.5:5;所述Fe3+和Al3+的总质量和水蒸气活化的生物质炭的质量比为5~20:1000,优选为10~18:1000;所述Fe3+和部分Al3+有配位水分子;所述水蒸气活化的生物质炭的比表面积为500~1000m2/g,优选为600~1000m2/g;所述水蒸气活化的生物质炭的孔容为0.5~1.0cm3/g,优选为0.7~1.0cm3/g。
本发明还提供了上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料的制备方法,包括以下步骤:
将生物质炭进行水蒸气活化,得到水蒸气活化的生物质炭;
将所述水蒸气活化的生物质炭与含有Fe3+和Al3+的溶液混合吸附,得到所述改性生物质炭吸附材料。
本发明将生物质炭进行水蒸气活化,得到水蒸气活化的生物质炭。在本发明中,所述生物质炭的制备方法包括以下步骤:将生物质进行煅烧,得到生物质炭。
本发明对所述生物质的来源无特殊限定,在本发明的实施例中,所述生物质为桃树枝、花生壳或植物秸秆,所述植物秸秆优选为芝麻秸秆。在本发明中,所述生物质的长度优选为1~10mm,更优选为3~5mm,厚度优选为1~4mm,更优选为2~3mm。在本发明中,所述煅烧的温度优选为350~650℃,更优选为450~550℃;时间优选为1~4h,更优选为1.5~2h。本发明对所述煅烧的装置无特殊限定,在本发明的实施例中,所述煅烧在马弗炉中进行。
本发明将生物质进行煅烧之前优选将所述生物质放入坩埚中,将盛放有生物质的坩埚置于马弗炉中煅烧。
本发明在煅烧结束后优选降温至室温,得到生物质炭。本发明对所述降温的方式无特殊限定,在本发明的实施例中采用随炉降温的方式。
得到生物质炭后,本发明优选对所述生物质炭进行研磨。本发明对所述研磨方式无特殊限定,采用本领域常规的研磨方式即可。本发明优选将研磨后的产物过筛。在本发明中,过筛后生物质炭的粒度范围优选为40目~160目;所述过筛优选为:将所述研磨产物过目数为40目的标准筛,收集筛下物;利用目数为160目的标准筛筛选所述筛下物,取筛上物。本发明将生物质炭的粒径限定在上述范围内,当利用生物质炭处理废水时,更利于生物质炭与废水充分接触,同时能够使废水保持较大的流速,顺利通过生物质炭,从而提高了处理效率。
在本发明中,所述水蒸气活化的温度优选为500~900℃,更优选为650~850℃;时间优选为60~120min,更优选为70~90min;所述水蒸气活化过程中炭水比优选为1:2~4,更优选为1:2.5~3。所述水蒸气活化过程中,生物质炭与水蒸气发生反应,形成大量微孔和中孔结构,增大了生物质炭的比表面积,提高了生物质炭的吸附性能。
所述水蒸气活化后,本发明优选将水蒸气活化产物进行烘干,得到水蒸气活化的生物质炭;所述烘干的温度优选为100~120℃,更优选为105~110℃;时间优选为1~5h,更优选为2~4h。
得到水蒸气活化的生物质炭后,本发明将所述水蒸气活化的生物质炭与含有Fe3+和Al3+的溶液混合吸附,得到所述改性生物质炭吸附材料。在本发明中,所述含有Fe3+和Al3+的溶液优选为包括铁盐和铝盐的水溶液,所述铁盐优选为FeCl3,所述铝盐优选为AlCl3。在本发明中,所述含有Fe3+和Al3+的溶液中Fe3+浓度优选为0.05~0.3mol/L,更优选为0.1~0.2mol/L;所述含有Fe3+和Al3+的溶液中Al3+浓度优选为0.1~0.5mol/L,更优选为0.2~0.4mol/L。在本发明中,所述水蒸气活化的生物质的质量和含有Fe3+和Al3+的溶液的体积比优选为1g:10~40mL,更优选为1g:10~30mL。
本发明对所述混合的方式无特殊限定,只要能够使水蒸气活化的生物质炭在含有Fe3+和Al3+的溶液中分散均匀即可。在本发明的实施例中,所述混合优选在摇床中进行。在本发明中,所述摇床的转速优选为120~200r/min,更优选为140~160r/min;时间优选为12~30h,更优选为22~28h。
本发明在所述混合过程中,所述含有Fe3+和Al3+的溶液中的Fe3+和Al3+静电吸附在水蒸气活化的生物质炭的表面和孔隙中。
本发明优选将混合后的产物进行过滤。本发明对所述过滤无特殊限定,采用常规的方式即可。本发明在过滤过程中优选进行水洗,本发明对所述水洗用水的用量无特殊限定,只要能够使滤液达到中性即可。过滤后,本发明优选将过滤得到的滤渣进行烘干,所述烘干的温度优选为100~120℃,更优选为105~110℃;时间优选为1~5h,更优选为2~4h。
按照本发明提供的制备方法制备得到的改性生物质炭吸附材料对氟离子具有较高的吸附能力,且本发明提供的制备方法过程简单,无二次污染。
本发明还提供了上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的改性生物质炭吸附材料在含氟废水处理中的应用。在本发明中,所述应用优选为将改性生物质炭吸附材料和废水混合。在本发明中,所述废水中氟离子浓度优选为98~102mg/L,更优选为100mg/L;所述改性生物质炭吸附材料的质量和废水的体积比优选为1g:98~102mL,更优选为1g:100mL。在本发明中,所述混合优选在摇床中进行,所述摇床的转速优选为150~200r/min,更优选为160r/min;时间优选为1~4h,更优选为3h。
本发明还提供了上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料再生的方法,包括以下步骤:
将使用后的改性生物质炭吸附材料与强碱溶液混合进行初级再生,得到初级再生吸附材料,所述改性生物炭吸附材料为上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的改性生物质炭吸附材料;
将所述初级再生吸附材料和强酸溶液再混合进行次级再生,得到再生吸附材料。
本发明将使用后的改性生物质炭吸附材料与强碱溶液混合进行初级再生,得到初级再生吸附材料,所述改性生物炭吸附材料为上述技术方案所述改性生物质炭吸附材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的改性生物质炭吸附材料。本发明优选将使用后的改性生物质炭吸附材料进行干燥。在本发明中,所述干燥的温度优选为100~120℃,更优选为105~115℃;时间优选为1~4h,更优选为2~4h。在本发明中,所述强碱溶液中的强碱优选包括NaOH或KOH,更优选为NaOH;所述强碱溶液中OH-的摩尔浓度优选为0.5~2.0mol/L,更优选为0.8~1.5mol/L。在本发明中,所述使用后的改性生物质炭吸附材料的质量和强碱溶液的体积比优选为1g:98~102mL,更优选为1g:100mL。
在本发明中,所述混合优选采用摇床振荡的方式或磁子搅拌的方式,更优选为摇床振荡的方式。在本发明中,所述混合的转速优选为120~200r/min,更优选为160r/min;时间优选为1~4h,更优选为2~3h。
本发明优选将所述混合后的产物进行过滤。在本发明中,所述过滤优选为抽滤,本发明对所述抽滤无特殊限定,采用常规的方式即可。本发明在过滤过程中优选进行水洗,本发明对所述水洗用水的用量无特殊限定,只要能够使滤液达到中性即可。
过滤后,本发明优选将过滤得到的滤渣进行烘干,得到初级再生吸附材料;所述烘干的温度优选为100~120℃,更优选为105~110℃;时间优选为1~5h,更优选为2~4h。
得到初级再生吸附材料后,本发明将所述初级再生吸附材料和强酸溶液再混合进行次级再生,得到再生吸附材料。在本发明中,所述强酸溶液中强酸优选包括HCl或H2SO4,更优选为HCl;所述强酸溶液中H+的摩尔浓度优选为0.1~1.0mol/L,更优选为0.5~0.8mol/L。在本发明中,所述初级再生吸附材料的质量和强酸溶液的体积比优选为1g:98~102mL,更优选为1g:100mL。
在本发明中,所述再混合优选采用摇床振荡的方式或磁子搅拌的方式,更优选为摇床振荡的方式。在本发明中,所述再混合的转速优选为120~200r/min,更优选为160r/min;时间优选为1~4h,更优选为2~3h。
本发明优选将所述再混合后的产物进行过滤。在本发明中,所述过滤优选为抽滤,本发明对所述抽滤无特殊限定,采用常规的方式即可。本发明在过滤过程中优选进行水洗,本发明对所述水洗用水的用量无特殊限定,只要能够使滤液达到中性即可。
过滤后,本发明优选将过滤得到的滤渣进行烘干,得到再生吸附材料。所述烘干的温度优选为100~120℃,更优选为105~110℃;时间优选为1~5h,更优选为2~4h。
在本发明中,所述混合过程中,强碱溶液中的OH-与Fe3+、Al3+具有更强的亲和性,溶液中的OH-与改性生物质炭吸附材料中的F-发生离子交换,从而使氟离子解吸出来;所述再混合过程中,强酸溶液中的H+会中和改性生物质炭吸附材料中的OH-,使再生吸附材料的pH值保持在6~8,使改性生物质炭吸附材料保持在最佳使用状态,提高改性生物质炭吸附材料的再生率。
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将长度为3~5mm,厚度为1~3mm的桃树枝置于坩埚中,放入马弗炉中在500℃下煅烧1.5h后随炉降温至室温,将降温至室温的物质研磨后过40目标准筛取筛下物后过160目标准筛取筛上物,得到生物质炭;
将所述生物质炭在850℃下水蒸气活化(炭水比为1:2.5)75min后,在105℃下烘干2h,得到水蒸气活化的生物质炭;
将FeCl3和AlCl3溶解于水中,得到Fe3+摩尔浓度为0.1mol/L,Al3+摩尔浓度为0.3mol/L的含有Fe3+和Al3+的溶液;
将1.0g水蒸气活化的生物质炭和20mL含有Fe3+和Al3+的溶液混合在摇床中以160r/min的转速振荡24h后,过滤;将过滤得到的滤渣在105℃下烘干2h,得到改性生物质炭吸附材料。
实施例2
将直径为1~5mm的花生壳置于坩埚中,放入马弗炉中在350℃下煅烧2h后随炉降温至室温,将降温至室温的物质研磨后过40目标准筛取筛下物后过160目标准筛取筛上物,得到生物质炭;
将所述生物质炭在500℃下水蒸气活化(炭水比为1:2)100min后,在105℃下烘干2h,得到水蒸气活化的生物质炭;
将FeCl3和AlCl3溶解于水中,得到Fe3+摩尔浓度为0.05mol/L,Al3+摩尔浓度为0.2mol/L的含有Fe3+和Al3+的溶液;
将2.0g水蒸气活化的生物质炭和50mL含有Fe3+和Al3+的溶液混合在摇床中以140r/min的转速振荡28h后,过滤;将过滤得到的滤渣在105℃下烘干2h,得到改性生物质炭吸附材料。
实施例3
将直径为3~10mm的芝麻秸秆置于坩埚中,放入马弗炉中在600℃下煅烧1h后随炉降温至室温,将降温至室温的物质研磨后过40目标准筛取筛下物后过160目标准筛取筛上物,得到生物质炭;
将所述生物质炭在650℃下水蒸气活化(炭水比为1:4)60min后,在110℃下烘干1h,得到水蒸气活化的生物质炭;
将FeCl3和AlCl3溶解于水中,得到Fe3+摩尔浓度为0.15mol/L,Al3+摩尔浓度为0.1mol/L的含有Fe3+和Al3+的溶液;
将1.5g水蒸气活化的生物质炭和45mL含有Fe3+和Al3+的溶液混合在摇床中以150r/min的转速振荡22h后,过滤;将过滤得到的滤渣在115℃下烘干3h,得到改性生物质炭吸附材料。
对比例1
按照实施例1的方法制备吸附材料,其不同之处在于,将制备得到生物质炭不进行活化和也不吸附Fe3+和Al3+。
对比例2
按照实施例1的方法制备吸附材料,其不同之处在于,将制备得到生物质炭进行水蒸气活化,不吸附Fe3+和Al3+。
对比例3
按照实施例1的方法制备吸附材料,其不同之处在于,将制备得到生物质炭吸附Fe3+和Al3+,不进行水蒸气活化。
测试例
利用吸附材料吸附模拟废水中的F-:
配置质量浓度为100mg/L的NaF溶液,作为模拟废水。
分别将1g实施例1~3和对比例1~3制备得到吸附材料和100mL模拟废水混合在摇床中以160r/min的转速振荡3h。在振荡过程中,每间隔1h检测溶液中F-的浓度,其结果列于表1中。
表1实施例1~3和对比例1~3制备得到的吸附材料的吸附性能
根据表1的数据可知,本发明提供的改性生物质炭吸附材料对废水中F-具有较强的吸附性能。本发明提供的改性生物质炭吸附材料的吸附容量较生物质炭的吸附容量提高了40多倍。
实施例4
将实施例1中1g使用后的改性生物质炭吸附材料(吸附完成后过滤,将过滤得到的滤渣在105℃下干燥2h)与100mL摩尔浓度为1.0mol/L的NaOH溶液在摇床中以160r/min的转速振荡3h后,抽滤洗涤至中性,将抽滤得到的滤渣在105℃下干燥2h,得到初级再生吸附材料;
将1g初级再生吸附材料和100mL摩尔浓度为0.5mol/L的HCl溶液在摇床中以160r/min的转速振荡1h后,抽滤洗涤至中性,将抽滤得到的滤渣在105℃下干燥2h,得到再生吸附材料;
将所述再生吸附材料按照上述测试例中的方法吸附模拟废水中的F-,然后再按照上述再生方法将吸附氟离子后的吸附材料进行再生;
重复上述吸附、再生过程5次,将吸附后溶液中F-浓度和再生率列于表2中。
表2改性生物质炭吸附材料的再生次数和再生率
由表2中的数据可知,本发明提供的改性生物质炭吸附材料可以再生,重复利用,且再生5次后其再生率为61.9%,具有良好的再生效果。本发明提供的改性生物质炭吸附材料再生性能良好,可循环多次重复利用,有利于提高改性生物质炭吸附材料的利用率,降低运行成本。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述,但它仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例,这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种改性生物质炭吸附材料,包括水蒸气活化的生物质炭和静电吸附在所述水蒸气活化的生物质炭表面以及孔隙中的Fe3+和Al3+;所述Fe3+和Al3+的摩尔比为1~3:5,所述Fe3+和Al3+的总质量和水蒸气活化的生物质炭的质量比为5~20:1000;
所述Fe3+和部分Al3+有配位水分子;
所述水蒸气活化的生物质炭的比表面积为500~1000m2/g,孔容为0.5~1.0cm3/g。
2.权利要求1所述改性生物质炭吸附材料的制备方法,包括以下步骤:
将生物质炭进行水蒸气活化,得到水蒸气活化的生物质炭;
将所述水蒸气活化的生物质炭与含有Fe3+和Al3+的溶液混合吸附,得到所述改性生物质炭吸附材料。
3.根据权利要求2所述制备方法,其特征在于,所述水蒸气活化的温度为500~900℃,时间为60~120min,炭水比为1:2~4。
4.根据权利要求2所述制备方法,其特征在于,所述含有Fe3+和Al3+的溶液中Fe3+浓度为0.05~0.3mol/L,Al3+浓度为0.1~0.5mol/L。
5.根据权利要求4所述制备方法,其特征在于,所述水蒸气活化的生物质的质量和含有Fe3+和Al3+的溶液的体积比为1g:10~40mL。
6.根据权利要求2所述制备方法,其特征在于,所述混合在摇床中进行,所述摇床的转速为120~200r/min,时间为12~30h。
7.权利要求1所述吸附材料或权利要求2~6任一项所述制备方法制备得到的吸附材料在含氟废水处理中的应用。
8.改性生物质炭吸附材料再生的方法,包括以下步骤:
将使用后的改性生物炭吸附材料与强碱溶液混合进行初级再生,得到初级再生吸附材料,所述改性生物炭吸附材料为权利要求1所述改性生物质炭吸附材料或权利要求2~6任一项所述制备方法制备得到的改性生物质炭吸附材料;
将所述初级再生吸附材料和强酸溶液再混合进行次级再生,得到再生吸附材料。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述强碱溶液中OH-的摩尔浓度为0.5~2.0mol/L,所述使用后的改性生物质炭吸附材料的质量与强碱溶液的体积比为1g:98~102mL。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述强酸溶液中H+的摩尔浓度为0.1~1.0mol/L,所述初级再生吸附材料的质量与强酸溶液的体积比为1g:98~102mL。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113413876A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-09-21 | 河南省高新技术实业有限公司 | 一种抗生素菌渣资源化处理的方法 |
CN113786807A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-14 | 大连理工大学盘锦产业技术研究院 | 去除污水总磷和有机污染物的吸附剂及其制备方法和应用 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003305458A (ja) * | 2002-04-17 | 2003-10-28 | Japan Organo Co Ltd | フッ素含有排水の処理方法 |
US20070210004A1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-13 | Council Of Scientific & Industrial Research | Novel carbon supported activated alumina absorbent useful for the removal of fluoride ions from water and a process for the preparation thereof |
CN102921384A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-02-13 | 天津理工大学 | 一种利用固体废弃物制备高效除氟剂的方法和应用 |
CN104826588A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-12 | 长沙清能环保科技有限公司 | 一种基于煤基焦粉的除氟材料制备及再生方法 |
CN106799205A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-06-06 | 新疆水处理工程技术研究中心有限公司 | 一种饮用水用除氟砷吸附剂的制备方法 |
CN110013830A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-16 | 南京融众环境工程研究院有限公司 | 一种铁铝复合骨炭除氟剂的制备方法及制得的除氟剂 |
-
2021
- 2021-01-07 CN CN202110016589.4A patent/CN113117643A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003305458A (ja) * | 2002-04-17 | 2003-10-28 | Japan Organo Co Ltd | フッ素含有排水の処理方法 |
US20070210004A1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-13 | Council Of Scientific & Industrial Research | Novel carbon supported activated alumina absorbent useful for the removal of fluoride ions from water and a process for the preparation thereof |
CN102921384A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-02-13 | 天津理工大学 | 一种利用固体废弃物制备高效除氟剂的方法和应用 |
CN104826588A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-12 | 长沙清能环保科技有限公司 | 一种基于煤基焦粉的除氟材料制备及再生方法 |
CN106799205A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-06-06 | 新疆水处理工程技术研究中心有限公司 | 一种饮用水用除氟砷吸附剂的制备方法 |
CN110013830A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-16 | 南京融众环境工程研究院有限公司 | 一种铁铝复合骨炭除氟剂的制备方法及制得的除氟剂 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
陈昆柏,郭春霞: "农业固体废物处理与处置", 河南科学技术出版社 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113413876A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-09-21 | 河南省高新技术实业有限公司 | 一种抗生素菌渣资源化处理的方法 |
CN113786807A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-14 | 大连理工大学盘锦产业技术研究院 | 去除污水总磷和有机污染物的吸附剂及其制备方法和应用 |
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