[发明专利]棒状多孔结构钴铝复氧化物除氟材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钴铝双金属复氧化物除氟材料及其制备方法，特别是一种棒状多孔结构钴铝复氧化物除氟材料及其制备方法。 

技术背景

氟是地球上分布最广的化学元素之一，地壳中的氟元素含量约占地壳总量的0.077%。在冶炼行业，含氟矿物作为助熔剂，生产排放的含氟废水、废气、废料等对周围的水体、空气和土壤环境造成了很大的污染。此外，电镀及半导体等行业，也广泛使用含氟化学药剂。磷肥厂、砖瓦厂、水泥厂、玻璃厂、燃煤发电厂等行业也会大量排放含氟废气，这些人类活动严重破坏了氟元素的自然循环平衡，造成了区域性的氟污染。高氟地下水在我国分布范围很广，遍及27个省市和自治区，全国约有7000万人饮用高氟量超标的地下水。

 氟元素是维持人体正常生理活动不可缺少的微量元素之一，适量摄入对人体牙齿和骨骼的钙化、神经兴奋的传导、以及酶系统的代谢等均有促进作用。然而过量摄入氟元素会导致各种疾病，如骨质疏松症、关节炎、骨脆、癌症、不孕不育、脑损伤、老年痴呆症、甲状腺病等。2011年世界卫生组织规定：饮用水中氟离子含量的上限为1.5 mg/L。目前对于含氟废水的处理可采用的方法很多，研究应用最广的是吸附法，它具有操作简便、除氟效果稳定等优点.其中吸附剂的选择非常关键，骨炭、活性氧化镁、活性氧化铝、沸石等是常用的处理氟离子污染水源的吸附剂。近年来，科研工作者研发了一系列高效的除氟吸附剂材料。例如，文献（Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50, 6871–6876）报道了一种层状双金属氢氧化物Mg-Al-CO₃型的吸附剂，在酸性条件下有较好的吸附效果，饱和吸附量可达303.54 mg/g。中国专利（CN102389769A）报道了一种钙铝镧基复合除氟材料，在pH值6.5-7.5条件下可用于饮用水或高浓度工业含氟废水的处理。专利（CN102357357B）报道了一种镐铝铈基复合除氟材料，在中性条件下有较好的除氟效果。中国专利（CN101229504B）公布了一种氧化铁-氧化铝此复合纳米除氟材料,可将20 mg/L的高氟废水去除到1 mg/L以下。专利（CN103349974A）公布了一种球状羟基磷灰石除氟材料。这些吸附剂材料要么吸附容量不大，制备工艺较为复杂，成本较高，要么会产生二次污染，不稳定，对pH的变化敏感，水处理范围较窄，为推广带来一定难度。因此，寻找合成条件宽、制备工艺简单、无毒、水处理范围广的除氟材料，具有十分重要的实用意义。

目前，活性氧化铝除氟虽然具有一定的功效，但其吸附容量较低，而且在吸附过程中，铝容易流失，导致其水中残留浓度过高。基于现状，研究者们合成镁、猛、铁等金属氧化物与氧化铝的复合材料，用来改善氧化铝的除氟性能。本发明拟利用微乳液法与水热法相结合，以硝酸钴和硝酸铝为原料，制备了钴铝复氧化物，其具有分散性好、比表面积大、多孔等利于离子吸附的特征，因此可以作为一种制备简单而性能优良的除氟材料。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种棒状多孔结构钴铝复氧化物除氟材料。

本发明的目的之二在于提供该除氟材料的制备方法。本发明制备出的钴铝复氧化物吸附剂适用于在pH为6-9的条件下进行吸附除氟。同时该吸附剂可通过热处理实现再生。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种棒状多孔结构钴铝复氧化物除氟材料，为钴铝双金属复氧化物材料，其特征在于该除氟材料为棒状多孔结构，直径60～80 nm，长50～200 nm；孔径为1～30 nm，比表面积为38-380 m²/g。

一种制备上述的棒状多孔结构钴铝复氧化物除氟材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.       将可溶性铝盐和钴盐按钴铝摩尔比为0.1～0.9的比例配制成混合水溶液，该混合水溶液中金属离子浓度为0.5～1mol·L^-1；

b.       将乳化剂司班-80与有机溶剂按1g：（18～960）ml的质量体积比混合，并乳化均匀成乳化液；

c.       将步骤 a所得的混合水溶液倒入步骤b所得乳化液中，继续高速乳化1分钟，得到混合液，并调节pH值到8～9；在500 rpm转速下继续搅拌30 min，得到乳浊液；所述的混合水溶液与乳化液的体积比为1:2；

d.       将步骤c 所得乳浊液密封后在100～200 ℃下反应1～24 h，离心分离，用去离子水、乙醇洗涤；再经过300-800℃煅烧，即得到棒状多孔结构钴铝复氧化物除氟材料。