[发明专利]一种高吸附量高去除率的氟离子吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，尤其涉及一种高去除率的氟离子吸附剂及其制备方法。

背景技术  

氟是人体必需的元素之一，但摄入过量的氟又会损害人体健康，导致氟中毒，引发氟斑牙和氟骨病，严重的可导致腰酸腿痛、关节僵硬、驼背甚至截瘫，还可能导致甲状腺功能失调、肾功能障碍等严重的疾病。饮用水是人体摄入氟的主要来源，严格控制饮用水氟的含量具有重要意义。国际上对于饮用水中的氟含量有严格要求，世界卫生组织规定饮用水中氟的允许浓度为0.6-1.5 mg/L，我国生活饮用水中氟的最高允许浓度为1 mg/L。然而当前饮用水中氟的控制情况不容乐观，饮用高氟水而引起的氟病是世界上分布最为广泛的地方病这一。我国也较为普遍地存在地下水氟污染，除上海和海南外，其它省、市、自治区均有不同程度的氟中毒发生。因此，发展新型高效的水体氟去除技术刻不容缓。

在众多的饮用水除氟方法中，吸附法因其简单、易操作、成本低而被认为是最有前途的方法。然而目前的很多去氟材料多强调吸附量，却忽视去除率，这类材料虽然在氟离子初始浓度较大的水体中表现出对氟有很强的吸附性能，但因其去除率并不高，使得处理后残留下来的氟离子浓度仍然较高，特别是对低氟浓度的水体进行处理时，去除率低，往往难以保证处理后的水体中氟含量达标；而有的材料虽然具有较高的氟离子去除率，但其对氟吸附量的绝对值又较低，这使得在实际应用时需投入的吸附剂的量较大，同样不利用推广应用。同时具有高的氟离子吸附量和高的氟离子去除率的吸附剂几乎没有报道。这一问题已经成为困扰除氟吸附剂实际应用的重要因素。例如：专利[铁基复合吸附剂及其制备方法，申请号200910177320.3]提出了一种含有铁水合氧化合物、其他金属水合氧化物和聚乙烯醇的氟离子吸附剂，其最大吸附容量只有43.31 mg/g，最多只能将10 mg/L的氟离子溶液的氟离子浓度降到1.26 mg/L；专利[一种除氟吸附剂及其制备方法，申请号200910244331.9]提出了一种以复合金属氧化物及起粘结作用的高分子材料为主要组分的氟离子吸附剂，虽然在吸附剂投入量为2 g/L时，可以使氟离子初始浓度为 10 mg/L的溶液的氟离子浓度最多降至0.4 mg/L，但是其最大吸附量只有45 mg/g。

在此技术背景下，我们发展了一种高吸附量高去除率的氟离子吸附剂，该吸附剂对水体中氟离子的最大吸附量可达99 mg/g，同时对氟离子初始浓度低于100 mg/L的水体中氟离子的去除率保持在90%以上，吸附剂投入量只需1g/L，就可使得氟离子初始浓度低于40 mg/L的低氟水体中的氟离子浓度降至1 mg/L及以下，达到饮用水标准。并且，该吸附还具有磁性，方便相关的固液分离操作。本发明所述的高吸附量高去除率的氟离子吸附材料及其制备方法未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高吸附量高去除率的氟离子吸附剂及其制备方法，本文明是采用如下手段实现的：

（1）将Fe₃O₄在0.1 mol/L HNO₃中超声分散后，分离，洗涤后将颗粒分散在0.5mol/L的葡萄糖或蔗糖或两种糖混和的溶液中，机械搅拌混和均匀，再将溶液转移至水热反应釜中，180 ℃烘箱反应4 h，冷却、分离，洗涤、干燥备用，得到Fe₃O₄@C；

（2）将ZrOCl₂·8H₂O和Ce（NO₃）₃·6H₂O以及F127加入MgSO₄溶解在乙醇中形成透明溶液，加入Fe₃O₄@C，超声分散后，机械搅拌混和均匀，再慢慢加入去离子水：乙醇体积比为1:5的混合溶液，加完后再继续搅拌2 h，分离，洗涤后，干燥即得产品。

本发明所述吸附剂组分是同时含有Fe₃O₄、ZrO₂-CeO₂复合物两种。

本发明所述所涉及的Fe₃O₄是用C进行表面修饰的，所述C的来源是葡萄糖或蔗糖或同时两种。