[发明专利]铝改性蒙脱石除氟材料制备及应用方法

说明书

本发明涉及一种改性蒙脱石材料的制备及其在含氟污水治理中的应用。

含氟污水包括含氟地下水和含氟工业废水。含氟工业废水是一种行业跨度很大的无机工业废水，主要包括来自电子工业、玻璃工业、金属加工业等的酸蚀酸洗和来自各种冶炼工业、磷酸生产厂、火力发电厂以及垃圾处理厂等的尾气洗涤废水。目前，国内外常规的除氟方法主要有混凝沉淀法和吸附法两大类。其中混凝沉淀法一般用于浓度较大的含氟工业废水处理。一般含氟废水经混凝沉法处理后，再用吸附法进一步处理。混凝沉淀法处理效果相对较好，但工艺流程复杂，最大的缺点是产生污泥多，增加了后续处理的难度，从而运行费用高。在传统的吸附方法中，吸附材料多为活性氧化铝、羟基磷灰石、骨灰等，不但价格昂贵而且存在吸附容量有限、运行周期短、再生次数少等缺点，故而影响了其吸附效果和实际应用价值。

本发明是利用氧化膜废水处理技术和层状矿物“柱撑”技术对分布广泛、价格低廉的蒙脱石矿物进行改性，并用作吸附氟的材料。

蒙脱石是一种含水的层状硅酸盐矿物，其结构可描述为两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成，由于类质同象替代现象的普遍存在，使晶层间带有净负电荷。蒙脱石的带电性质及其结构层间较大的空间使其能吸附大量水和可交换性阳离子，从而具有良好的吸附性和阳离子交换性能。尽管蒙脱石在吸附方面已有许多应用，但到目前为止，蒙脱石或改性蒙脱石仅存用于吸附有机和无机阳离子，在吸附水中以阴离子形式存在的氟等物质方面的应用尚未见有报道。铝改性蒙脱石的制备及其吸附污水中氟的方法如下：1．铝改性蒙脱石的制备方法

铝改性蒙脱石按如下步骤制备：

1)将蒙脱石粉碎后过200目筛，加蒸馏水制成悬浮液，静置8小时后提取10cm深度以上悬浮液，离心干燥后得到粒度小于2μ的纯化蒙脱石。

2)按如下方法钠化钙基蒙脱石(钠基蒙脱石免去此步骤)：

①将钙基蒙脱石加蒸馏水配成100g/L浓度的悬浮液，按10g/L加入Na₂CO₃使之充分水化分散。

②用HCl调pH=6。

③加入0.5N的NaCl溶液。

④静置24小时后离心，烘干。

3)制备铝改性液。方法如下：

①先取浓度为0.2mol/L的AlCl₃水溶液，再按m=[OH^-]/[Al³⁺]=2.4左右的比例取浓度为lmol/L的NaOH碱液。

②在不断搅拌的情况下，将碱液滴入AlCl₃水溶液中，并将反应温度控制在60℃左右。

③反应结束后继续搅拌2小时，然后在60-70℃温度下陈化2天即得到铝改性液。

4)对蒙脱石进行改性。方法如下：

①将钠蒙脱石配成浓度为4.5g/L的悬浮液，再按铝改性液∶蒙脱石=10mmol∶ 1g的比例取相应

数量的铝改性液。

②将改性液不断滴入钠蒙脱石悬浮液中并不断搅拌，反应温度控制在80℃左右。滴完改性液继续搅拌2小时，然后在60℃温度下陈化2天。

③将混合液离心后弃去清液并在80℃温度下干燥，便得到层间“柱撑”并在表面吸附有铝改性离子(Keggin离子)的改性蒙脱石，记为Al₁₃PMt：如用蒸馏水离心清洗样品数遍后在80℃温度下干燥，得到的则是仅层间“柱撑”有Keggin离子的改性蒙脱石，记为Al₁₃PMt-1。

④把Al₁₃PMt和Al₁₃PMt-1在350℃温度下焙烧2小时，可使Keggin离子在蒙脱石层间形成Al₂O₃“柱”，受热分解的反应式为：

这样制得的改性蒙脱石分别为层间“柱撑”有Al₂O₃并在表面形成Al₂O₃膜的改性蒙脱石(记为Al₂O₃PMt)和仅层间“柱撑”有Al₂O₃的蒙脱石，记为Al₂O₃PMt-1。