CN113351165A - 矿区饮用水除氟工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改性羟基磷灰石用于矿区饮用水除氟工艺，本发明中的羟基磷灰石经呈味核苷酸二钠改性后，呈味核苷酸二钠中的磷酸根和羟基磷灰石的Ca2+形成化合键，使羟基磷灰石的晶格产生缺陷，降低结晶性，同时呈味核苷酸二钠分子的其他部分增加了羟基磷灰石的间隙，增加了其孔隙率和比表面积；从而，提高了其除氟能力。

Description

矿区饮用水除氟工艺
技术领域
本发明涉及饮用水除氟技术领域，具体涉及到一种适用于特定区域地下水除氟工艺技术。
背景技术
目前国内外的除氟工艺主要有吸附法、电凝聚法、膜法(反渗透、纳滤、电渗析)、离子交换法、化学沉淀法、混凝沉淀法等。这些方法中，离子交换法费用高，电凝聚法及膜法工艺复杂、设备及运行成本高，使用受到限制。化学沉淀法和混凝沉淀法更适用于高浓度含氟水处理，饮用水一般不采用。吸附法由于操作简便、稳定、成本低，适用于中小型饮用水除氟处理，因而在国内外被广泛使用。常用氟吸附剂有沸石类、活性氧化铝、骨炭类和改性磷灰石类等。
羟基磷灰石(简称HAP)是一种新型除氟滤料，粉体材料具有合成方便，除氟率高等优点，且不断在研究改进。纳米羟基磷灰石因其尺寸效应，表面活性大，在吸附水体中极易发生再团聚，严重影响其吸附过程中的扩散机制，因此，为提高其除氟容量如何有效提高纳米羟基磷灰石的分散性，增加晶格缺陷是本领域研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种饮用水除氟工艺，采用改性羟基磷灰石作为除氟滤料，用于中原油田矿区饮用水除氟。
为解决上述技术问题，本发明采用的制备改性羟基磷灰石技术方案包括如下步骤：
步骤1：准确量取100ml的0.25mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液置于500ml的烧杯中，然后加入0.1-1g无水呈味核苷酸二钠，搅拌至溶解，并调节pH值等于10，为第一溶液；
步骤2：准确量取浓度为0.15mol/L的Na2HPO4溶液100ml倒入250m l的烧杯中，并调节pH值等于10，为第二溶液；
步骤3：在恒温60℃、磁力搅拌下，将第二溶液逐滴加入第一溶液中，形成200ml混合溶液，同时pH值调节为10，继续搅拌2h，再次调节混合溶液的pH值等于10，将混合溶液置于高温高压反应釜，放入恒温干燥箱中，于80-150℃水热反应2-8h，反应结束后，冷却到室温，离心取沉淀物，清水洗3次，在80℃下烘干12h，再次冷却后研磨，得到改性羟基磷灰石。
本发明提供的改性羟基磷灰石，在制备过程中，呈味核苷酸二钠中的磷酸根和羟基磷灰石的Ca2+形成化合键，使羟基磷灰石的晶格产生缺陷，降低结晶性，同时呈味核苷酸二钠分子的其他部分增加了羟基磷灰石的间隙，增加了其孔隙率和比表面积；从而，提高了其除氟能力。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
中原油田矿区饮用水除氟工艺，采用改性羟基磷灰石作为除氟滤料，本发明采用的改性羟基磷灰石制备技术方案包括如下步骤：
步骤1：准确量取100ml的0.25mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液置于250ml的烧杯中，然后加入0.1g无水呈味核苷酸二钠，搅拌至溶解，并调节pH值等于10，为第一溶液；
步骤2：准确量取浓度为0.15mol/L的Na2HPO4溶液100ml倒入另一个250ml的烧杯中，并调节pH值等于10，为第二溶液；
步骤3：在恒温60℃、磁力搅拌下，将第二溶液逐滴加入第一溶液中，形成200m L混合溶液，同时pH值调节为10，继续搅拌2h，再次调节混合溶液的pH值等于10，将混合溶液置于高温高压反应釜，放入恒温干燥箱中，于80℃水热反应8h，反应结束后，冷却到室温，离心取沉淀物，清水洗3次，在80℃下烘干12h，再次冷却后研磨，得到改性羟基磷灰石。
实施例2
中原油田矿区饮用水除氟工艺，采用改性羟基磷灰石作为除氟滤料，本发明采用的改性羟基磷灰石制备技术方案包括如下步骤：
步骤1：准确量取100ml的0.25mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液置于500ml的烧杯中，然后加入0.5g无水呈味核苷酸二钠，搅拌至溶解，并调节pH值等于10，为第一溶液；
步骤2：准确量取浓度为0.15mol/L的Na2HPO4溶液100ml倒入250m l的烧杯中，并调节pH值等于10，为第二溶液；
步骤3：在恒温60℃、磁力搅拌下，将第二溶液逐滴加入第一溶液中，形成200ml混合溶液，同时pH值调节为10，继续搅拌2h，再次调节混合溶液的pH值等于10，将混合溶液置于高温高压反应釜，放入恒温干燥箱中，于120℃水热反应5h，反应结束后，冷却到室温，离心取沉淀物，清水洗3次，在80℃下烘干12h，再次冷却后研磨，得到改性羟基磷灰石。
实施例3
中原油田矿区饮用水除氟工艺，采用改性羟基磷灰石作为除氟滤料，本发明采用的改性羟基磷灰石制备技术方案包括如下步骤：
步骤1：准确量取100ml的0.25mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液置于500ml的烧杯中，然后加入1g无水呈味核苷酸二钠，搅拌至溶解，并调节pH值等于10，为第一溶液；
步骤2：准确量取浓度为0.15mol/L的Na2HPO4溶液100ml倒入250m l的烧杯中，并调节pH值等于10，为第二溶液；
步骤3：在恒温60℃、磁力搅拌下，将第二溶液逐滴加入第一溶液中，形成200ml混合溶液，同时pH值调节为10，继续搅拌2h，再次调节混合溶液的pH值等于10，将混合溶液置于高温高压反应釜，放入恒温干燥箱中，于150℃水热反应2h，反应结束后，冷却到室温，离心取沉淀物，清水洗3次，在80℃下烘干12h，再次冷却后研磨，得到改性羟基磷灰石。
对比例1
中原油田矿区饮用水除氟工艺，采用改性羟基磷灰石作为除氟滤料，采用的改性羟基磷灰石制备技术方案包括如下步骤：
步骤1：准确量取100ml的0.25mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液置于500ml的烧杯中，并调节pH值等于10，为第一溶液；
步骤2：准确量取浓度为0.15mol/L的Na2HPO4溶液100ml倒入250m l的烧杯中，并调节pH值等于10，为第二溶液；
步骤3：在恒温60℃、磁力搅拌下，将第二溶液逐滴加入第一溶液中，形成200ml混合溶液，同时pH值调节为10，继续搅拌2h，再次调节混合溶液的pH值等于10，将混合溶液置于高温高压反应釜，放入恒温干燥箱中，于150℃水热反应2h，反应结束后，冷却到室温，离心取沉淀物，清水洗3次，在80℃下烘干12h，再次冷却后研磨，得到羟基磷灰石。
对比例2
中原油田矿区饮用水除氟工艺，采用改性羟基磷灰石作为除氟滤料，采用的改性羟基磷灰石制备技术方案包括如下步骤：
步骤1：准确称取3.92g无水呈味核苷酸二钠与10.04g羟基磷灰石，放入250ml烧杯中，加100ml离子水，搅拌得到混合溶液。在磁力搅拌的条件下将1mol/L NaOH溶液缓慢加入上述混合溶液中，调节pH＝7.0。滴加完毕后，密封，室温下继续搅拌1h，陈化12h后抽滤、清水洗3次，80℃下干燥12h，冷却后研磨，得到改性羟基磷灰石。
对各实施例和对比例中的样品进行饮用水除氟和再生能力测试，测试方法如下：
分别量取浓度为5mg/L的F-溶液200ml，置于若干个带盖的聚乙烯材料锥形瓶中，并调节pH＝7.0±0.1。称取质量0.1g改性羟基磷灰石置于上述锥形瓶中。然后放入25℃、180r/min的摇床中，反应至F-溶液F-浓度不再变化为止，此时改性羟基磷灰石吸附饱和。
实施例3中的样品，在吸附反应结束后离心，把吸附饱和的羟基磷灰石，80℃下干燥12h，冷却后研磨，浸泡在pH＝13的NaOH溶液中24h进行解吸。解吸完成后，离心取沉淀物水洗3次，再次放入烘箱中干燥，冷却后研磨过筛，然后用于除氟实验，对比除氟容量大小。然后再用pH＝13的NaOH溶液作为解吸液，重复进行4次吸附-解吸循环操作，对比再生前后除氟容量大小，计算再生率。
根据F-浓度变化计算得出吸附容量。吸附前后F-溶液中的F-浓度采用氟度计(SX380F-1型)测定。
表1.各实施例中样品吸附容量
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
吸附量(mg/g) 11.33 11.21 11.57 6.39 9.62
表2.实施例3中改性羟基磷灰石再生能力
再生次数 1 2 3 4
再生率(％) 88.13 85.01 83.22 81.38
表1数据可以看出，羟基磷灰石按照本发明的工艺进行改性后得到改性羟基磷灰石吸附能力显著提高，且具有良好的再生能力，可以满足饮用水除氟需要。

Claims (1)

1.矿区饮用水除氟工艺，其特征在于，采用改性羟基磷灰石作为除氟滤料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：准确量取100ml的0.25mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液置于500ml的烧杯中，然后加入0.1-1g无水呈味核苷酸二钠，搅拌至溶解，并调节pH值等于10，为第一溶液；
步骤2：准确量取浓度为0.15mol/L的Na2HPO4溶液100ml倒入250m l的烧杯中，并调节pH值等于10，为第二溶液；
步骤3：在恒温60℃、磁力搅拌下，将第二溶液逐滴加入第一溶液中，形成200ml混合溶液，同时pH值调节为10，继续搅拌2h，再次调节混合溶液的pH值等于10，将混合溶液置于高温高压反应釜，放入恒温干燥箱中，于80-150℃水热反应2-8h，反应结束后，冷却到室温，离心取沉淀物，清水洗3次，在80℃下烘干12h，再次冷却后研磨，得到改性羟基磷灰石。
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