[发明专利]一种生物多孔吸附剂及其制备方法、水脱氟方法和装置

说明书

本发明提供一种生物多孔吸附剂的在水脱氟中的应用。包括：将生物多孔吸附剂加入含氟水，反应后固液分离；反应过程中通过搅拌或震荡辅助反应进行；所述生物多孔吸附剂与所述含氟水质量体积比为10～25 g/L；反应温度为25～65℃，反应时间为4～8 h。本发明制备吸附剂采用的原料为虾加工生产废弃的虾壳，来源天然、广泛，不仅缓解了环境压力，还可以避免资源的大量浪费。本发明制备得到的吸附剂具有多孔的特点，吸附过程不仅存在甲壳素的羟基与氟的氢键作用和离子交换，而且增大的吸附表面强化了对氟离子的物理吸附，本发明综合考虑两方面的影响，优化制备方法中的参数条件，最终制备得到的吸附剂可以达到良好的脱氟效果。

技术领域

本发明涉及吸附剂领域，尤其涉及一种生物多孔吸附剂及其制备方法、水脱氟方法和装置。

背景技术

氟是人体所必需的一种微量元素，适量的氟对人骨骼的发育和牙釉质的形成有着重要作用。然而，长期饮用高氟水容易导致氟斑牙、骨质疏松症、癌症、免疫力下降等。降低饮用水中的氟离子浓度已成为世界共同关注的问题之一。与沉淀法、电凝法、离子交换树脂法和膜技术相比，吸附法具有经济、有效、直接、简便等突出特点。

生物基吸附剂具有来源天然广泛、可自然降解和生产成本低的优点。但是，生物基吸附剂制备过程多采用易挥发且毒性大的有机试剂或化学试剂。此外，生物基吸附剂的制备还普遍存在操作复杂、时间长、能耗大的缺点。比如发明专利CN107715855A公开利用聚乙烯醇和壳聚糖为碳源，经过戊二醛交联、冷冻干燥、高温碳化和稀酸浸泡后得到多孔吸附碳材料，使用该吸附剂24 h后达到最大氟吸附量。Choong等用改性棕榈壳活性炭粉脱除水溶液中的氟，该吸附剂的制备经过与MgSiO₃搅拌反应1 h，然后在150℃加热10 h，最后通过经反复洗涤和50℃干燥24 h。发明专利CN105195108A公开以贝壳碎片为原料制备壳聚糖，所得壳聚糖经过化学浸泡、甲醛接枝、浸铁、高温煅烧和聚合反应后得到一种改性吸附剂。因此，提出一种新的生物基吸附剂的制备方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物多孔吸附剂及其制备方法、水脱氟方法和装置。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面提供一种生物多孔吸附剂的制备方法，包括：

步骤a. 在离子液体或含水的所述离子液体中加入虾壳粉，加热反应；

步骤b. 在加热反应后的混合物中加入抗溶剂，固液分离，取固相物；

步骤c. 将固相物清洗并干燥得到生物多孔吸附剂。

作为上述技术方案的进一步改进，所述离子液体为咪唑类离子液体[C_nmim]X，其中n为2或4，X为Cl^-、Br^-或Ac^-。

作为上述技术方案的进一步改进，所述离子液体为[C₂mim]Ac、[C₂mim]Cl、[C₂mim]Br、[C₄mim]Ac、[C₄mim]Cl和[C₄mim]Br中的至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进，含水的所述离子液体中水的质量分数为10%～20%。

作为上述技术方案的进一步改进，所述虾壳粉粒径为40～100目。

作为上述技术方案的进一步改进，虾壳粉与离子液体或含水的所述离子液体的质量比为1:（5～25）。

作为上述技术方案的进一步改进，加热反应温度为80～100℃，加热反应时间为1～2 h。

作为上述技术方案的进一步改进，所述加热反应过程中通过搅拌辅助反应进行。