[发明专利]一种深度净化水中微量氟的复合材料及制备和净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种净化水的材料及净化方法，特别是净化水中微量氟的净化材料及方法。

背景技术

氟是人体必需的微量元素之一，饮用水适宜的氟质量浓度为0.5～1mg/L。当饮用水中氟含量不足时，易患龋齿病。但若长期饮用氟质量浓度高于1mg/L的水，就会危害人的身体健康，轻者患斑釉齿、腰酸背痛等症，重者则发生氟骨症，患者骨骼变形、腰椎变曲、疼痛难忍、甚至瘫痪。开发对水中微量氟的深度净化技术对实现水体的安全控制具有重要意义。

目前主要的除氟方法有很多，各有优缺点。其中磷酸钛是近几十年来发展起来的一类新型层状介孔材料，其化学式为Ti(HPO₄)₂。磷酸钛不仅具有类似离子交换树脂较大的吸附容量，同时又有优异的热、化学稳定性和良好的动力学性能，极难溶于水和酸，环境友好并且可以提供较大的比表面积。大量研究文献表明磷酸钛是一种典型的阳离子交换剂，相关研究也主要围绕对碱金属、碱土金属及重金属等阳离子的去除，而对阴离子特别是氟离子的吸附相关研究较少。初步研究结果表明，磷酸钛对氟离子表现出较强的吸附选择性能。但遗憾的是磷酸钛以无机粉体的形式存在，直接应用于柱吸附或其他流态体系中往往产生较高的压降，存在固液分离困难，流体阻力大的应用瓶颈，难以实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接应用于柱吸附或其他流态体系中不会产生较高的压降，固液易分离，流体阻力小的一种深度净化水中微量氟的复合材料及制备和净化方法。

本发明的深度净化水中微量氟的复合材料是以纳米磷酸钛为无机功能吸附剂，常规强碱性阴离子交换树脂为担体的树脂基纳米磷酸钛复合材料，其纳米磷酸钛的担载量为3.3%-24.1%。

上述树脂基纳米磷酸钛复合材料的制备方法如下：

1.以钛酸丁酯为前驱体，将其溶解于水中，控制其含量（质量分数）为3%-35%，同时加入一定量强碱性阴离子交换树脂作为载体材料，控制固液比为1:5-1:20(g/mL),在温度40-60℃，反应4-6h，使Ti盐逐步扩散至阴离子交换树脂孔道内表面。所述的常规强碱性阴离子交换树脂可为D201（杭州争光实业股份有限公司生产）、201x7（天津波鸿树脂科技有限公司生产）、717（河北廊坊南大树脂厂生产），A600(英国漂莱特国际股份有限公司)，IRA-900（美国罗门哈斯公司）。

2.过滤并将固体物质置于质量分数为10%～40%的磷酸溶液中常温下进行原位沉淀反应，反应时间控制8-10小时，而后过滤，将固体物质再于50-70℃下热处理5-8h，获得树脂基纳米磷酸钛复合材料，其纳米磷酸钛担载量为3.3%-24.1%。

采用纳米磷酸钛复合材料去除水中微量氟离子的方法如下：

1.将受氟污染水温度控制在15℃～55℃，pH控制在3～8范围内，（F^-=1.5-5mg/L）；2.以10～80BV（床层体积）/h流速顺流通过装填有上述树脂基纳米磷酸钛复合材料的固定床柱吸附装置，可将受氟污染水高效净化，出水低于生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中所规定的氟离子限值（1mg/L）。

3.复合材料再生：经上述复合材料处理后，当出水氟离子浓度高于1mg/L时，需停止吸附操作，进行再生。吸附后的复合材料可采用NaOH与NaCl混合溶液再生，其中NaOH浓度为3%-5%，NaCl浓度为2%-5%，控制再生流速为0.5-3BV/h，温度15℃～35℃，经2-5BV脱附反应即可完全再生。上述再生过程可在吸附柱中进行。再生后吸附材料需用清水或稀盐酸冲洗至中性即可循环使用。上述清水可采用自来水，蒸馏水，地下水；稀酸一般为0.1%-0.5%稀盐酸。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明充分借助担体大颗粒特性及纳米孔模板效应有效实现无机颗粒固定化，同时无机吸附材料特有吸附性能得以应用，从而有效地解决了无机纳米颗粒流体阻力大、固液分离困难难以应用的技术瓶颈。