[发明专利]一种碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂及其制备方法和应用，该碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂的制备方法为：在搅拌条件下将有机镁源溶液逐滴加入到碳酸盐溶液中进行沉淀反应，得到乳状前驱体，乳状前驱体静置陈化后得到沉淀产物，经过分离、清洗、干燥得到有机型碱式碳酸镁粉末，碱式碳酸镁粉末在惰性气氛中煅烧发生分解，有机镁源可额外作为碳源发生碳化反应，从而得到多孔碳包裹的氧化镁吸附助凝除氟剂。本方法合成的碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂比表面积大大增加，表面富含羟基活性基团和金属离子活性位点，碳包覆解决了氧化镁材料不稳定、易溶出的难题，大大增加了水中可絮凝沉降的颗粒性和电荷性，同时具备快速吸附和助凝沉降两种功效。

技术领域

本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及一种碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂及其制备方法和应用。

背景技术

氟是是人体必需的微量元素之一，摄入适量的氟对人体骨骼、神经、生殖系统的发育具有重要作用，但过量摄入会导致氟中毒，危害人体健康，严重时甚至危及生命。人体中氟的主要来源之一是饮用水，因此我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)明确规定饮用水中氟含量要小于1.0mg/L。由于氟污染地域分散、环境复杂、存在形态多变、去除机理不明、处理难度大、成本高，整体氟污染处理技术基础仍较薄弱，致使我国饮用水中氟污染问题至今还未得到有效解决。因此，开发高效的氟污染处理材料和技术，具有重大的社会、经济和环境意义，迫在眉睫。

去除饮用水中氟离子的技术包括混凝法、吸附法、膜分离法、离子交换法、电渗析法等。与其他方法相比，吸附法技术更加成熟、成本更加低廉、操作更加简单，因此吸附法在目前被广泛应用并被作为一种高效去除水中氟离子的技术。在众多吸附材料中，金属氧化物因具有活性强、活性位点多等特点，受到相关研究者的广泛关注。金属氧化物能够通过表面羟基的配体交换作用与氟离子形成稳定的M-F内核配位结构，实现水中氟离子的吸附去除，在深度除氟领域具有巨大的应用潜力。然而，金属氧化物材料对氟离子吸附速度较慢，且大部分金属氧化物粒径过小，直接应用于水处理系统将面临固液分离困难、材料易流失等技术瓶颈，极大限制了其工程应用。

发明内容

针对现有金属氧化物材料存在的缺点与不足，本发明的目的是提供一种碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂的制备方法，能极大提高传统氧化镁材料的表面基团数量与活性。此外，由于碳包覆作用，该材料比表面积大大增大，在水体中以胶体形式存在，兼具吸附和助凝两种功效，能同时解决氧化镁材料对氟离子吸附速率低和难以从水体分离的问题，并且制备方法简单、易实现。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将有机镁源分散在水中得到有机镁源溶液；将碳酸盐分散后水中得到碳酸盐溶液；室温环境中在500-1000rpm搅拌条件下将有机镁源溶液逐滴加入到碳酸盐溶液中进行沉淀反应30-60min，得到乳状前驱体。优选的，所述有机镁源为水杨酸镁、柠檬酸镁、环烷酸镁、硬脂酸镁、三硅酸镁、磷酸酯镁中的至少一种；所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵中的至少一种；所述碳酸盐与有机镁源的摩尔比为(1-4)：1；进一步优选的，碳酸盐与有机镁源的摩尔比可以为4:1、3:1、2:1或1:1。

步骤二、乳状前驱体经过静置陈化后得到沉淀产物，经过抽滤分离、清水和乙醇交替清洗、60-80℃干燥2-5h得到有机型碱式碳酸镁粉末。

步骤三、有机型碱式碳酸镁粉末置于惰性气氛中在400-500℃高温中进行煅烧处理1-2h，使其发生碳化和分解反应；

步骤四、煅烧后的产物经过研磨成粉至300-400目即得到碳包覆氧化镁吸附助凝除氟剂。