CN116764610A - 一种水体除氟剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水体除氟剂及其制备方法，所述方法其制备方法包括以下步骤：制备第一浆液：将钠化合物溶液、粉煤灰、镧化合物依次加入反应容器，进行粉煤灰改性反应，得到第一浆液；所述粉煤灰与所述镧化合物的质量比为2‑6.25；所述钠化合物溶液为NaOH溶液；制备第二浆液：采用酸性溶液将所述第一浆液的pH值调至中性，得到第二浆液；所述所述酸性溶液为硫酸铝溶液、稀盐酸中的任意一种；制备水体除氟剂：对所述第二浆液进行连续搅拌，所述搅拌时间大于5小时，而后将固体分离，得到块状水体除氟剂。本发明制备得到的除氟剂，成本低，除氟效果好，不会产生二次污染，可以高效的降低水体中氟含量，改善水体环境。
Description
技术领域
本申请属于水资源保护领域，尤其涉及一种水体除氟剂的制备方法。
背景技术
氟是人体维持正常生理活动所不可缺少的微量元素之一，适量的氟能使牙齿坚固，而当氟含量超过或高于允许范围时对人体会造成很大的危害。玻璃及陶瓷制造厂、半导体制造厂、电镀厂、砖和铁制造业等工业都会产生高氟废水，其含氟量远超过自然水中含氟量。工业排放的含氟废水会透过土壤层渗入地下，造成地下水污染，影响人类的身体健康。
目前，水体除氟方法主要为化学沉淀法、混凝沉淀法等，其中，化学沉淀法普遍使用的是采用钙盐通过吸附沉淀进行除氟，该种方式的除氟效果差；而混凝沉淀法通常采用铝盐和铁盐为主，该种方式沉降速率差，并且会有铝离子反向析出，造成二次污染。
发明内容
本申请提供一种水体除氟剂的制备方法，该方法的除氟速率快且效率高，同时不产生二次污染。
为达到上述目的，第一方面，本申请提供一种水体除氟剂的制备方法，包括以下步骤：
制备第一浆液：将钠化合物溶液、粉煤灰、镧化合物依次加入反应容器，进行粉煤灰改性反应，得到第一浆液；所述粉煤灰与所述镧化合物的质量比为2-6.25；所述钠化合物溶液为NaOH溶液；
制备第二浆液：采用酸性溶液将所述第一浆液的pH值调至中性，得到第二浆液；所述所述酸性溶液为硫酸铝溶液、稀盐酸中的任意一种；
制备水体除氟剂：对所述第二浆液进行连续搅拌，所述搅拌时间大于5小时，而后将固体分离，得到块状水体除氟剂。
在一种可能的实现方式中，所述钠化合物溶液，包括：NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，在制备第一浆液之前，还包括：将所述粉煤灰进行筛分除杂。
在一种可能的实现方式中，所述采用酸性溶液将所述第一浆液的pH值调至中性，包括：在搅拌状态下将所述第一浆液冷却至60-80℃后，向所述第一浆液中滴加酸性溶液，直到所述第一浆液的pH值为中性。
在一种可能的实现方式中，所述镧化合物，包括：硝酸镧、硫酸镧、氯化镧中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述硫酸铝溶液的浓度为200-500g/l，所述稀盐酸溶液浓度为0.5-5％。
在一种可能的实现方式中，在所述得到块状水体除氟剂后，还包括：将所述块状水体除氟剂固体粉碎、研磨、干燥得到粉末状水体除氟剂。
在一种可能的实现方式中，所述干燥温度控制在110-150℃。
第二方面，本申请实施例还提供一种水体除氟剂，所述除氟剂根据上述一种水体除氟剂的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供的一种水体除氟剂的制备方法，一方面，通过采用了以硅铝酸盐为主要成分的粉煤灰作为原料，由于粉煤灰中含有Mg、Fe、Ca、Al等化合物，具有较好的絮凝效果，因此制备得到的除氟剂具有较高的除氟率，另一方面，通过采用滴加所述酸性溶液，在调节第一浆液pH的同时，能够改变所制备除氟剂的粒径结构，进而提升除氟剂的比表面积，以起到增大所制备除氟剂吸附量的效果，再一方面，相较于现有技术，由于在与氟离子反应后，存在二次污染的问题，本申请通过采用镧化物，其中镧元素可以和氟离子反应生成一种稳定络合物沉淀，不会对水体产生二次污染。
本申请制备的除氟剂产品为粉末状，吸附速率快，反应迅速，洒在水体中，不会产生二次污染的问题，且该除氟剂可重复使用，降低使用成本。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，都属于本申请保护的范围。
图1为一种水体除氟剂的制备方法流程图；
图2为本申请实施例1-3制备方法的步骤图；
图3为实施例1除氟剂样品在相同氟离子浓度溶液中多次吸附后，除氟率数据对比图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请实施例提供一种水体除氟剂的制备方法，可以包括以下步骤：
S101：在反应容器中加入钠化合物溶液，对所述反应容器中的液体进行持续加热搅拌；将主原料加入所述反应容器中，再加入镧化物，待其充分反应，得到第一浆液；
S102：在搅拌状态下将所述第一浆液冷却至60-80℃；向所述第一浆液中滴加酸性溶液，直到所述第一浆液的pH值为中性，得到第二浆液；
S103：将所述第二浆液连续搅拌；对所述第二浆液进行固液分离，得到第一固体；将所述第一固体干燥研磨成粉体，得到水体除氟剂；
其中，所述主原料为粉煤灰，所述粉煤灰与所述镧化合物的质量比为2-6.25，所述酸性溶液为硫酸铝溶液、稀盐酸中的任一种。
在一种可能的实施方式中，S101中所述加热温度范围为100-120℃。
在一种可能的实施方式中，在所述将主原料加入所述反应容器中之前，还包括：将所述粉煤灰进行筛分除杂，去除粉煤灰中的大颗粒及杂质。
在一种可能的实施方式中，S101中所述充分反应的反应时间为24-72小时。
在一种可能的实施方式中，所述钠化合物溶液包括NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的至少一种，其浓度为90-300g/l。
在一种可能的实施方式中，所述镧化物包括硝酸镧、硫酸镧、氯化镧中的至少一种。
在一种可能的实施方式中，所述硫酸铝溶液浓度为200-500g/l，所述稀盐酸溶液浓度为0.5-5％。
在一种可能的实施方式中，S103中连续搅拌时间至少5小时。
在一种可能的实施方式中，所述干燥温度控制在110-150℃。
实施例2
在前述实施例的基础上，本申请实施例还提供一种水体除氟剂，所述水体除氟剂通过上述一种水体除氟剂的制备方法制备而成。
实施例3
在前述实施例的基础上，本申请提供一种制备水体除氟剂的详细示例。
在本申请实施例中，水体除氟剂的制备方法，可以包括：
S201，制备钠化合物溶液：称取27kgNaOH将其溶解于273kg纯水中，配置300L浓度为90g/L的NaOH溶液，备用。
S202，粉煤灰除杂：将粉煤灰进行筛分除杂，去除粉煤灰中的大颗粒及杂质，备用。粉煤灰拆分后，颗粒均匀，有益于和其他原料充分混合反应，同时使用粉煤灰是废弃资源，通过对其的再利用能够降低成本。
S203，制备浆液：在反应釜中加入S201步骤中配置好的钠化合物溶液，开启加热搅拌，加热，将S202中去除杂质后的粉煤灰称取50kg，缓慢加入反应釜中，然后再加入氯化镧8-25kg，待反应完全，搅拌均匀，形成均匀的混合浆液。
加热温度控制在100℃，反应时间24小时。
S204，制备硫酸铝溶液：称取105kg十八水硫酸铝，将其溶解于245kg纯水中，配置成350L的硫酸铝溶液，备用。
S205，调节浆液pH：将S203中所述的浆液在搅拌状态下，自然冷却至60-80℃，向混合浆液中缓慢滴加步骤S204中配置好的硫酸铝溶液，调节浆液的pH值直至中性为止。
S206，干燥研磨得到除氟剂：将步骤S205中所述的浆液连续搅拌5h，将浆液整体搅拌着排出反应釜，进行固液分离，将固体在110℃条件下干燥后，研磨成粉体，得到除氟剂。
效果测试方法：
室温下，在锥形瓶中加入40ml磷元素浓度为10.215mg/l的水溶液，然后称取0.1g控磷剂，加入到所述锥形瓶中，搅拌10分钟，用磷元素计直接测量溶液的磷元素浓度，计算吸附量和磷元素去除率。
用无分度吸管吸取适量试液，置50mL容量瓶中，用乙酸钠或Hdl溶液调节至中性，加入10mL总离子强度调节缓冲溶液，用水稀释至标线，摇匀。将其稳定移入100mL聚乙烯杯中，放入一只望料搅拌子，插入电极，连续搅拌溶液待电位稳定后，在继续搅拌下读取电位值(Ex)。在每一次测量之前，都要用水充分洗涤电极，并用滤纸吸去水分。根据测得的毫伏数，由校准曲线上查得氟化物的含量。
其他条件保持不变，按照本申请实施例方法制备三种氯化镧含量不同的除氟剂样品，表1为制备三种除氟剂样品主原料配比。
表1
采用上述实施方式，可以结合不同的镧化物质量进行实验，相关实验结果如下：
三种除氟剂样品在相同氟离子浓度的溶液中的吸附量、去除率对比，表2为实施例1-3所制备三种除氟剂样品在相同氟离子浓度中吸附量、氟离子去除率数据对比。
表2
显而易见，相同条件下随着氯化镧量的减少，所制备的除氟剂除氟率呈递减趋势。
相比于表2，三种除氟剂样品在氟离子浓度增加一倍的溶液中，吸附量增加一倍，除氟率略有增加，表3为实施例1-3所制备三种除氟剂样品在相同氟离子浓度中吸附量、氟离子去除率数据对比。
表3
表4为除氟剂样品在相同氟离子浓度溶液中多次吸附后，吸附量、去除率对比。
表4
除氟剂样品在相同氟离子浓度溶液中多次吸附后，除氟率数据对比，详情请参考图3。
由表4、图3可见，同一除氟剂样品在相同氟离子浓度溶液中多次吸附后，虽然除氟率慢慢下降，但是吸附五次时除氟率仍然可达68.37％，因此，按照本申请所述方法方法制备的除氟剂重复使用除氟效果显著。
表5为在相同氟离子浓度溶液中，其他除氟剂与本申请所制备的除氟剂吸附量、去除率对比。
表5
由表5可见，在相同氟离子浓度的溶液中，使用本申请所述方法制备的除氟剂明显比活性氧化铝成分的除氟剂除氟效果有明显提升。
本申请中，所述的一种水体除氟剂的制备方法制备得到的除氟剂是以硅铝酸盐为载体，镧元素为活性组分，吸附氟离子。一般情况下粉煤灰的细度越小，烧失量越小，比表面积越大，其活性位点越多，活性越高，活性高的粉煤灰容易与其他物质反应生成新物质，适用于资源化利用。一方面，通过采用了以硅铝酸盐为主要成分的粉煤灰作为原料，由于粉煤灰中含有Mg、Fe、Ca、Al等化合物，具有较好的絮凝效果，因此制备得到的除氟剂具有较高的除氟率，另一方面，通过采用滴加所述酸性溶液，能够改变所制备除氟剂的粒径结构，进而提升除氟剂的比表面积，以起到增大所制备除氟剂吸附量的效果，再一方面，相较于采用其他方案，由于在与氟离子反应后，存在二次污染的问题，本申请通过采用镧化物，其中镧元素可以和氟离子反应生成一种稳定络合物沉淀，不会对水体产生二次污染。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水体除氟剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备第一浆液：将钠化合物溶液、粉煤灰、镧化合物依次加入反应容器，进行粉煤灰改性反应，得到第一浆液；所述粉煤灰与所述镧化合物的质量比为2-6.25；
制备第二浆液：采用酸性溶液将所述第一浆液的pH值调至中性，得到第二浆液；所述所述酸性溶液为硫酸铝溶液、稀盐酸中的任意一种；
制备水体除氟剂：对所述第二浆液进行连续搅拌，所述搅拌时间大于5小时，而后将固体分离，得到块状水体除氟剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠化合物溶液，包括：NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在制备第一浆液之前，还包括：将所述粉煤灰进行筛分除杂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性反应的反应时间为24-72小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用酸性溶液将所述第一浆液的pH值调至中性，包括：在搅拌状态下将所述第一浆液冷却至60-80℃后，向所述第一浆液中滴加酸性溶液，直到所述第一浆液的pH值为中性。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镧化合物，包括：硝酸镧、硫酸镧、氯化镧中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸铝溶液的浓度为200-500g/l，所述稀盐酸溶液浓度为0.5-5％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述得到块状水体除氟剂后，还包括：将所述块状水体除氟剂固体粉碎、研磨、干燥得到粉末状水体除氟剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述干燥温度控制在110-150℃。
10.一种水体除氟剂，其特征在于，所述除氟剂根据权利要求1至8任一所述的一种水体除氟剂的制备方法制备得到。
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