[发明专利]一种去除农村饮用水中氟离子的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种去除农村饮用水中氟离子的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：（1）制备氧化石墨烯；（2）制备3D石墨烯凝胶；（3）将3D石墨烯凝胶浸渍于氯氧化锆溶液和尿素溶液混合得到的混合液中，水浴加热，制得3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料。本发明制备工艺简单，原料来源广泛且成本低廉，制得的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料对氟离子的吸附容量高，除氟效率高；室温下，制得的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料处理去除氟离子浓度在25～100mg/L的水样，去除效率可以达到85%以上。

技术领域

本发明属于吸附剂水处理技术领域，具体涉及一种去除农村饮用水中氟离子的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料及制备方法。

背景技术

氟是人体必需的微量元素，人体可通过饮水、食物和呼吸摄入氟离子。适宜、安全的水中氟离子浓度和总摄入量对预防龋齿和地方性氟病具有重要意义。我国《农村实施<生活饮用水卫生标准>准则》中规定水中氟化物含量1.0mg/ L为饮用水标准上限值，在缺乏其他可选择水源时，饮用水中氟化物的含量放宽限值为1.5 mg/ L，超过该值即为高氟水。当饮用水中含氟量在1.0～1.5 mg·L^-1，长期饮用对人体有轻微的不良影响；当水中含氟量超过1.5 mg L^-1时，长期饮用易患氟斑牙和氟骨症。一般来说，含氟量1.0～3.0 mg·L^-1 时主要表现为氟斑牙，牙齿变灰钙化；含氟量3.0～6.0 mg·L^-1 时，可引起氟骨症，主要表现为腿关节麻木、疼痛、膝关节肿大；含氟量超过6.0 mg·L^-1 时，即可引起残疾性的重度氟骨症，表现为骨骼变形、弯腰驼背、全身疼痛、丧失劳动能力甚至瘫痪等。因此饮用水中氟的含量不应超过1.0 mg·L^-1，特殊情况下不得超过1.5 mg·L^-1。

在我国，饮用氟化物含量大于1.5 mg/ L 的农村人口达5000余万人，分布范围较广遍及29个省区市，主要分布在华北、华东、东北及西北地区的部分省(自治区)。华北地区的饮用高氟水人口绝对数量、占饮水不安全总人口的相对比例都居于全国首位，属于高氟水重灾区。其中内蒙古、河南所占比例都达到45 %，天津甚至达到70 %，华东地区饮用高氟水问题较严重。

国内外处理含氟废水的方法有多种，常用方法主要有沉淀法、混凝法、电凝聚法、离子交换法、电渗析法、反渗透法和吸附法等。其中沉淀法所用药剂的投加量大，且不能被有效利用，处理后的废水很难达到国家标准；混凝法pH 值要求高，受阴离子影响大，去除氟不稳定；离子交换法能同时去除所有的共存阴离子，但再生费用大；电渗析法与反渗透法处理成本高，除氟的同时也除掉部分对人体有益的矿物质；吸附法由于操作方便、处理成本低、处理效果好，可再生利用已成为氟离子去除的主要方法之一。目前，常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭、二氧化钛等。

本发明首次利用廉价的石墨粉、氯氧化锆和尿素等为制备原料，采用化学还原法的方法制备出3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料，是高吸附量的氟离子吸附剂，操作简单，成本低廉，制备工艺流程简单，采用制备的吸附材料去除水中氟离子是一种全新的饮用水除氟技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种去除农村饮用水中氟离子的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料及其制备方法。该制备方法原料来源广泛，制备工艺简单，制备的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料吸附容量高，除氟效率高，从而大大降低除氟成本。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种去除农村饮用水中氟离子的3D石墨烯改性氢氧化锆复合吸附材料的制备方法，包括如下步骤：