[发明专利]一种锆改性的铝基层状材料的制备方法及其应用

说明书

一种锆改性的铝基层状材料的制备方法及其应用，涉及一种铝基层状材料的制备方法及其应用。本发明是要解决现有的吸附剂对氟的吸附容量较差的技术问题。本发明提供了一种新型除氟材料的制备方法，是一种以原位合成法为基础思路对铝基层状材料进行锆掺杂改性得到的，所获得的锆改性的铝基层状材料与原始未掺杂的铝基层状材料相比吸附容量和吸附性能均显著提高，能有效吸附去除水体中氟离子污染物，且无毒、不溶于水，是比较理想的水处理吸附剂，推进了铝基材料在处理氟离子污染方面的应用。

技术领域

本发明涉及一种铝基层状材料的制备方法及其应用。

背景技术

无机阴离子污染物对环境造成了极大的破坏包括水体富营养化、地下水氟污染等，且难以通过最简单的加碱沉淀去除。水环境中氟污染，特别是饮用水中的氟污染是当今时代的一个普遍问题。在全球范围内，饮用水污染处理技术的进步是一个重要和具有挑战性的方面。饮用水中存在的若干种离子已经被规定为有害于人类，对人类及其代谢产生严重的有害影响。各种人为和地质原因是水体中污染物的主要来源。为了能够快速有效地解决这一问题，各领域的科学家们在不断拓展已存在的方法且寻求着新的更高效的去除手段。在目前所存在的技术手段中，化学沉淀法、电化学法、氧化还原法、膜分离技术法、离子交换法等都被用来处理无机污染物。吸附法由于其成本低、处理高效、处理后的水无污染，整体对环境影响小符合绿色化学理念等优点，因此成为最理想的方法。那么选择合适的吸附剂成为了研究的重点。当然，国内外有人进行了有效吸附剂的开发，例如：一些新型吸附剂(如含有铝、铁和硅氧化物的粘土)对氟化物的吸附性质已经被大多数研究者研究过。Vardhan等合成了镧改性铝土矿吸附剂，去除水中的氟，它在pH为6.5～8.5范围内，对氟的最大吸附容量(Q_m)达到18.18mg/L。Fu等人开发了一种新型的磁性双金属铝/铁(氧)氧化物吸附剂，提高了对氟离子的吸附，在pH为3.0～8.0范围内，对氟的最大吸附容量(Q_m)达到26.5mg/L。Pan等将纳米级的水氧化锆(HZO)封装在了商用的阴离子交换树脂D201中制备了一种新型纳米复合材料HZO-201，HZO-201比活性氧化铝和D201表现出更强的除氟能力，在固定床实验中它的有效处理水量是D201的7-14倍。由于氟离子和铝之间的热力学稳定性，氧化铝和铝基复合材料提供了一种独特的选择性氟吸附能力。与氧化铝相似，氧化锆通过路易斯酸碱(即金属配体)相互作用，与氟化物表现出特定的结合亲和力，其在较宽pH范围下的不溶性表明其在不同pH范围下都具有较大的适用性。

发明内容

本发明是要解决现有的吸附剂对氟的吸附容量较差的技术问题，而提供一种锆改性的铝基层状材料的制备方法及其应用。

本发明的锆改性的铝基层状材料的制备方法是按以下步骤进行的：

一、将铝盐、氧化钙和锆盐一起均匀溶解在去离子水中，超声处理加速溶解，得到混合溶液；

所述的铝盐中的铝元素、氧化钙中的钙元素和锆盐中的锆元素的摩尔比为1:(0.56～0.6):(0.01～0.015)；

二、将步骤一中的混合溶液充分搅拌2h～2.5h确保混合均匀，再将混合物转移到反应釜中，在180℃～190℃下保温72h～75h，然后冷却至室温，然后用70℃～75℃的去离子水抽滤洗涤3次～4次，在100℃～105℃下干燥，得到白色粉末，研磨过筛100目～120目，保留能过筛的固体，即为锆改性的铝基层状材料。

本发明制备的锆改性的铝基层状材料应用于吸附去除水体中的氟离子(F^-)污染物。

本发明提供了一种新型除氟材料的制备方法，是一种以原位合成法为基础思路对铝基层状材料进行锆掺杂改性得到的，所获得的锆改性的铝基层状材料与原始未掺杂的铝基层状材料相比吸附容量和吸附性能均显著提高，能有效吸附去除水体中氟离子污染物，且无毒、不溶于水，是比较理想的水处理吸附剂，推进了铝基材料在处理氟离子污染方面的应用。