復(fù)合物及其作為除氟劑的應(yīng)用
【專利說明】微納分級(jí)結(jié)構(gòu)_0/1^003復(fù)合物及其作為除氟劑的應(yīng)用
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物及其作為除氟劑的應(yīng)用，具體的說，是涉及一種微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物，該復(fù)合物材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水中氟離子的有效去除，屬于環(huán)境處理的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]氟是與人體健康密切相關(guān)的一種微量生命元素，主要分布于人體的骨骼和牙齒之中。氟化物廣泛的存在于自然界的水體之中，水中適量氟的存在對(duì)人體健康是有益的。然而過高的攝氟量將會(huì)導(dǎo)致人類和動(dòng)植物的機(jī)體中毒。有報(bào)道稱水中氟離子濃度為2mg/L時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的氟斑牙，8mg/L時(shí)約有10%的人群骨硬化，20~80 mg/L時(shí)出現(xiàn)殘廢性氟中毒。還有報(bào)道稱當(dāng)食物和飲水中氟離子濃度為50 mg/L時(shí)將導(dǎo)致死亡。因此，我們?cè)陉P(guān)注高氟水對(duì)人體的危害時(shí)，應(yīng)對(duì)水中氟離子的含量高度重視。為此，國(guó)家規(guī)定我國(guó)生活飲用水中氟含量為0.5~1.0mg/L。世界衛(wèi)生組織(WHO)制定的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定F_濃度為
0.7~1.5mg/L，F(xiàn)_m度大于1.0mg/L的統(tǒng)稱為高氟水。因此為了減少和防止氟病發(fā)率，控制飲用水中F—的含量是十分必要的。
[0004]目前，我國(guó)的飲用水除氟技術(shù)和設(shè)施還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范，市場(chǎng)上常用的除氟技術(shù)是吸附法和膜分離法。相對(duì)于膜分離法，吸附法使用簡(jiǎn)單、低成本和有效等優(yōu)點(diǎn)，所以吸附法被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好、有效的方法。
[0005]現(xiàn)在，市場(chǎng)上通用的除氟吸附劑有活性氧化鋁、羥基磷灰石、骨炭、沸石等。但這類材料對(duì)氟離子的吸附性能低、受PH值的影響比較大，所以對(duì)于一些高pH值地方的飲用水中高氟的去除帶來了挑戰(zhàn)。近年來鎂的氧化物材料越來越受到人們的重視，它是良好的催化齊U、吸附劑、離子交換劑和耐熱材料，因此被廣泛的應(yīng)用于水處理的各個(gè)領(lǐng)域之中。鎂的氧化物合成簡(jiǎn)單、易于分離、成本低廉并且可以重復(fù)利用，顯示了其在含氟廢水和重金屬?gòu)U水處理中的良好應(yīng)用前景。目前，鎂鋁型類水滑石的研究最為深入，其應(yīng)用也最為廣泛，在去除水體中氟及重金屬的研究中達(dá)到了理想的實(shí)驗(yàn)效果。
[0006]然而，目前納米鎂鋁水滑石主要采用鹽溶液與堿溶液共沉淀的方法，由于反應(yīng)在同相中進(jìn)行，反應(yīng)速率快，造成局部濃度過高，可控性差，形成的顆粒往往大小不均，容易發(fā)生團(tuán)聚凝結(jié)，且比表面積減小，分散差，氟吸附處理效果不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/]\%0)3復(fù)合物以及將該復(fù)合物作為除氟劑造粒在實(shí)際除氟中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的一種微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物，其采用以下步驟方法制備得到:
(I)攪拌下，將碳酸鹽溶液緩慢滴加入鎂鹽溶液中，滴畢繼續(xù)攪拌0.5?4小時(shí)，得乳白色懸浮液；
(2)將獲得的乳白色懸浮液轉(zhuǎn)到80-100°C的水浴裝置中再繼續(xù)劇烈攪拌反應(yīng)0.5?2小時(shí)；
(3 )反應(yīng)結(jié)束后冷卻、過濾、洗滌、干燥、高溫?zé)Y(jié)，得到微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物除氟劑，所述的Mg0/MgC03復(fù)合物比表面積為55?70 m2/g。
[0009]作為優(yōu)選，步驟(I)中所述的鎂鹽溶液的質(zhì)量濃度為2%?4%，碳酸鹽溶液的質(zhì)量濃度為10%?15% ;鎂鹽與碳酸鹽質(zhì)量比為0.4?7.5，優(yōu)選為0.5?5.0，更優(yōu)選為1.0?2.0 ;所述的鎂鹽選自硝酸鎂、硫酸鎂、氯化鎂等；碳酸鹽選自碳酸鈉、碳酸鉀等；步驟(I)攪拌轉(zhuǎn)速可以在400?700r/min，碳酸鹽溶液以2?3滴/秒的速度滴加入鎂鹽溶液中為佳。
[0010]作為優(yōu)選，步驟(3)中所述的干燥溫度為50?90°C，時(shí)間為10?48小時(shí)。
[0011]作為優(yōu)選，步驟(3)中所述的高溫?zé)Y(jié)溫度為250?350°C，高溫?zé)Y(jié)退火處理3?5小時(shí)。
[0012]本發(fā)明所述微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物作為除氟劑的應(yīng)用，其可采用(方法一):將微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物均勻分散于待處理的水中，吸附4?12小時(shí)后，除去微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物，得到凈化水。
[0013]本發(fā)明所述微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物作為除氟劑的應(yīng)用，其還可采用下述步驟方法(方法二):
(1)將微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物與海藻酸鈉按質(zhì)量比1:4?1:2混合溶于水中，得混合液；
(2)將混合液滴加入鈣溶液中，陳化I?6小時(shí)，形成直徑6~10mm的小球，然后清洗、干燥成吸附劑小球；
(3)將吸附劑小球填充吸附柱，然后將待處理水自下而上通過吸附柱，得到凈化水。
[0014]上述方法二所述應(yīng)用中，步驟(I)所述Mg0/MgC03復(fù)合物和海藻酸鈉的總質(zhì)量與水的體積之間的配比為25: 0.8?25:1.2 g/L ;步驟(2)所述鈣溶液可為質(zhì)量濃度2%?5%的氯化鈣溶液；步驟(2)所述鈣溶液與混合液的體積比為2?5:1。
[0015]本發(fā)明所述微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物作為除氟劑的應(yīng)用，其還可采用下述步驟方法(方法三):
(1)將微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物與殼聚糖按質(zhì)量比1:4?1:2混合溶于有機(jī)弱酸溶液中，得混合液；
(2)將混合液逐滴滴入堿溶液,陳化8-15小時(shí),形成直徑為6~10mm的小球,然后清洗、干燥成吸附劑小球；
(3)將吸附劑小球填充吸附柱，然后將待處理水自下而上通過吸附柱，得到凈化水。
[0016]上述方法三所述應(yīng)用中，步驟(I)所述有機(jī)弱酸溶液為質(zhì)量濃度1%?3%的乙酸溶液為佳，所述Mg0/MgC03復(fù)合物和殼聚糖的總質(zhì)量與乙酸溶液體積之間的配比為25:
0.8 ?25:1.2 g/L。
[0017]上述方法三所述應(yīng)用中，步驟(2)所述堿溶液為質(zhì)量濃度2%?6%的氫氧化鈉溶液為佳，步驟(2)所述堿溶液與混合液的體積比為2?5:1。
[0018]本發(fā)明的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物是利用低于100°C水浴裝置低能耗、簡(jiǎn)單易操作等特點(diǎn)，采用廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽(硝酸鎂、硫酸鎂、氯化鎂、碳酸鉀、碳酸鈉)為原料，制備出均勻的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物。
[0019]本發(fā)明以所得乳白色懸浮液即堿式碳酸鎂懸浮液為前驅(qū)體，通過特定溫度及其他條件處理得到微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物除氟劑。該除氟劑通過羥基和碳酸根與水中氟離子交換的新機(jī)理，大大提高了該除氟劑的除氟性能和除氟效率。同時(shí)，碳酸根的交換除氟新機(jī)理又克服了通常的除氟劑受pH值和陰干擾離子影響大的難題。
[0020]本發(fā)明微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物除氟劑的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)增加了材料的比表面積，提高了材料吸附氟的表面活性位點(diǎn)，從而大大的提升了該吸附劑的除氟效果。另外，該方法制備的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物除氟劑對(duì)水中pH值適用范圍廣。因此本發(fā)明的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物除氟劑在含氟水處理中具有顯著的應(yīng)用效果。
【附圖說明】
[0021]圖1為實(shí)施例1微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物除氟劑的SEM電鏡譜圖。
[0022]圖2為實(shí)施例1微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物除氟劑的X射線粉末衍射譜圖。
[0023]圖3為實(shí)施例1微納分級(jí)結(jié)構(gòu)MgO/MgCO^合物除氟劑的FT-1R譜圖。
[0024]圖4為實(shí)施例1微納分級(jí)結(jié)構(gòu)Mg0/MgC03復(fù)合物除氟劑的氮?dú)馕?脫附曲線圖。
[0025]圖5為實(shí)施例1微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物除氟劑的孔徑分布圖。
[0026]圖6為實(shí)施例1微納分級(jí)結(jié)構(gòu)180/1%0)3復(fù)合物除氟劑的等溫吸附曲線譜圖。
[0027]圖7為實(shí)施例2微納分級(jí)結(jié)構(gòu)MgO/MgCO^合物除氟劑的FT-1R譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下述實(shí)施例是對(duì)于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步說明以作為對(duì)本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡(jiǎn)單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
[0029]下述實(shí)施例中，采用掃描電子顯微鏡(荷蘭FEI公司FE1-Quanta 200環(huán)境掃描電子顯微鏡)觀察吸附劑的形貌，通過X射線衍射儀(荷蘭PANalytical公司)和NEXUS-870傅里葉變換紅外光譜儀(美國(guó)Nicolet公司)對(duì)樣品進(jìn)行分析,使用Micromeritics ASAP2020 M對(duì)吸附劑進(jìn)行氮?dú)馕摳椒治霰缺砻娣e、粒徑與孔徑分布分析，采用E-201-C型pH復(fù)合電極和PXS-270型離子計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)檢測(cè)水中氟離子濃度。
[0030]實(shí)施例1
步驟1:先配制100 ml