[发明专利]用于水中除氟的载锆生物复合吸附剂及再生方法与应用

说明书

本发明公开了一种用于水中除氟的载锆生物复合吸附剂及再生方法与应用，该载锆生物复合吸附剂由氯氧化锆、丰年虫卵壳、氢氧化钠、乙醇制备得到；该载锆生物复合吸附剂可应用于去除水中微量氟离子，且当水体中存在其它共存离子时，仍能保持较大的吸附容量及较高选择性；当经该载锆生物复合吸附剂处理过的含氟污水，其出水氟离子浓度高于1.0mg/L时，停止吸附，并用NaOH与NaCl混合溶液对其进行再生。本发明的载锆生物复合吸附剂具有很好的除氟效果生产工艺易控制，生产成本较低，可稳定保存1年左右时间，而且可以应用于饮用水。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种用于水中除氟的载锆生物复合吸附剂及再生方法与应用。

背景技术

氟是人体必需的微量元素之一，其通常以结合形式存在于大气、水和土壤中，而人为造成的氟污染是主要因素。氟污染主要来源于玻璃制造工业、金属加工工业、化学工业、和诸如半导体制造等高科技工业。当这些废水直接排放将严重污染地下水，若长期饮用高浓度含氟水，会影响人体对钙、磷的代谢，使机体代谢和生理功能发生障碍，从而造成氟斑齿、氟骨症等一些氟中毒症状。据世界卫生组织(WHO)统计，中国、印度、巴基斯坦和泰国等国的地表水普遍高氟。尤其在中国，氟矿开采、金属冶炼、铝加工、焦碳、玻璃、电子、电镀、化肥、农药等行业排放的废水中均含有高浓度的氟化物，造成环境的污染。目前的工业含氟废水排放标准是10.0mg/L，高氟工业废水的直接排放导致了含氟地下水分布广泛。据《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定，我国现行生活饮用氟化物浓度限值为1.0mg/L。但我国华北、西北广大地区地下水普遍氟含量超标，有的地区甚至高达4.0～8.0mg/L，是地方性饮水氟中毒流行广泛、危害严重的国家之一。尤其在西北干旱地区，约有8千万人饮用含氟质量超标的水，由此引发的地方性氟中毒病遍布二十九个省市自治区。

近30年来，国内外对含氟水的处理进行了大量的研究，对除氟工艺及相关的基础理论的研究也取得了一些进展。目前消灭饮水地方性氟中毒的关键在于改水、治水及降氟达标。常见的除氟方法主要有吸附法、电凝聚法、反渗透法、离子交换法、化学沉淀法和混凝沉降法等。这些方法中，电凝聚法和化学沉淀法适用于高浓度含氟水的处理；通过加入石灰、氯化钙或铝化物等与F^-形成胶状沉淀物；二者在处理过程中，对水质的pH值要求较高，而且电凝聚法还存在着铝板电极钝化，耗电量大等问题。反渗透法和离子交换法虽然可以达到除氟的目的，但效率较低，缺乏选择性，且对废水水质要求严格。由于吸附法的成本较低，而且除氟效果较好，所以一直是含氟废水处理的重要方法；而吸附剂的选择又对吸附除氟至关重要。因此开发经济、吸附容量高、制备工艺简单、操作简便，适用于不同浓度、不同硬度、不同pH值的吸附除氟材料，将是饮用水降氟推广的关键，也具有重大的环境和经济意义。

氧化锆是近年来发展起来的一类新型层状介孔材料。它不仅具有较大的吸附容量，同时又有优异的热、化学稳定性和良好的动力学性能，它极难溶于水和酸，环境友好并且可以提供较大的比表面积。氧化锆作为一种多功能材料，被广泛应用在环境领域的研究中。但氧化锆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。为解决这一问题，利用载体固定化技术，将氧化锆等无机粉体担载于多孔载体表面制备担载型复合功能吸附材料，既可解决无机吸附剂分离困难的技术瓶颈，又可有效实现无机吸附剂颗粒固定化和纳米化。

目前载体固定化技术中常用的载体两极分化，活性炭、超高交联树脂类载体等，主要以微孔为主，该类复合功能吸附材料载体纤细的微孔结构阻碍吸附传质效率，应用于高速(20～100BV/h)流态吸附系统中表现出工作吸附容量低的缺点；而对于沸石、大孔树脂类载体孔道较宽，虽然复合材料吸附传质性能有益，但其大孔结构往往导致载入的无机吸附剂产生颗粒生长和局部团聚现象，进而纳米尺寸效应缺失，吸附容量较低。因此，如何合理结合载体表面孔结构，提高复合功能材料工作利用效率是解决该类材料进一步发展的关键问题。