一種用腐植酸鈉製備除氟吸附材料的方法

2023-06-28 22:58:56 2

一種用腐植酸鈉製備除氟吸附材料的方法
【專利摘要】本發明介紹的用腐植酸鈉為原料製備除氟吸附材料的方法是將氯化鋁溶解於耐酸鹼的容器中，在劇烈攪拌下將腐植酸鈉加入該容器，用氫氧化鈉和鹽酸調節容器中溶液的pH值至設定值，再將硝酸鑭粉末加入該容器，進行物料的聚合反應，聚合反應結束後，進行固液分離，將固體進行洗滌、烘乾並粉碎得到所需吸附材料，氯化鋁與腐植酸鈉的質量比為1:1～1:2，硝酸鑭與腐植酸鈉的質量比為1:1～1:2，攪拌速度為100～200r/min，整個聚合反應過程的溫度為50～70℃，溶液的pH值為6～8，物料聚合的時間為20～30min，烘乾固體的溫度為50～70℃。該製備方法具有工藝簡單、操作方便、生產周期短的特點，所製得的吸附材料對水中氟離子有良好的吸附去除效果。
【專利說明】一種用腐植酸鈉製備除氟吸附材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用腐植酸鈉為原料製備除氟吸附材料的方法。
【背景技術】
[0002]氟化物應用廣泛，在氟化物的生產和應用過程中會產生大量的含氟廢水。過量氟的攝入會損害人體健康，造成氟骨症、斑齒等一些氟中毒症狀，高氟對動物的生殖功能和植物的生長發育都會產生不利的影響。基於氟化物對動植物機體的危害，排放到水體中的氟離子必須受到控制，以確保人們正常的生產生活。為此，我國汙水綜合排放標準(GB8978-1996) 一級標準中規定氟離子的排放濃度不得超過10mg/L。許多含氟工業廢水需要經過有效處理才能達標排放。
[0003]國內外目前處理含氟工業廢水的方法有多種，包括電凝聚、化學沉降、反滲析、離子交換、混凝沉澱和吸附等方法。其中電凝聚法、化學沉降法適用於高濃度含氟水處理，並且對PH的要求較高，電凝聚法還存在著鋁板電極鈍化，耗電量大等問題；反滲析法和離子交換法雖然可以達到除氟的目的，但是效率低，缺乏選擇性；混凝沉澱法處理較好，但是操作複雜，產生汙泥多，增加了後續處理的難度，從而運行費用相對較高。吸附法具有運用成本低、工藝簡單、除氟效果好等突出優點，因而被廣泛應用於低濃度含氟廢水的處理；即使是高濃度含氟工業廢水，為確保出水水質，在處理時往往需要用吸附作為深度處理單元。
[0004]目前採用的除氟吸附劑有天然高分子吸附劑、含鋁無機吸附劑、稀土吸附劑等。其中天然高分子吸附劑來源廣，但製備過程複雜、機械強度較差，選擇性差；含鋁無機吸附劑雖價格便宜，製備技術簡單但吸附容量有限；稀土吸附劑雖選擇性好，同時有較高的吸附容量，但價格昂貴，處理成本高。若能將天然高分子物質、含鋁無機鹽和稀土有機結合起來，製備成一種新型吸附材料，不僅可克服這三種材料單獨使用時的缺點，更是體現出來源廣、價格低廉、選擇性高、除氟效率高等優點，開發這類新型除氟吸附材料具有較大實用價值。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種製作工藝簡單，吸附容量高、選擇性好、成本低廉的除氟吸附材料的製備方法。
[0006]本發明的特徵在於將氯化鋁溶解於耐酸鹼的容器中，在劇烈攪拌下將腐植酸鈉加入該容器，用氫氧化鈉和鹽酸調節容器中溶液的PH值至設定值，再將硝酸鑭粉末加入該容器，進行物料的聚合反應，聚合反應結束後，進行固液分離，將固體進行洗滌、烘乾並粉碎得到所需吸附材料。氯化鋁與腐植酸鈉的質量比為1:1?1:2，硝酸鑭與腐植酸鈉的質量比為1:1?1: 2，攪拌速度為100?200r/min，整個聚合反應過程的溫度為50?70°C，溶液的pH值為6?8，物料聚合的時間為20?30min，烘乾固體的溫度為50?70°C。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:腐植酸鈉是一種具有多種功能的大分子有機弱酸鈉鹽，分子中含有苯環、稠環和某些雜環，各芳環之間有橋鍵相連，芳環上有各種功能基團如羧基、酚基、羥基、甲氧基、醌基等；腐植酸鈉水溶液是一種有機膠體體系，在外加電解質的條件下，會產生膠體的膠凝與絮凝。當腐植酸鈉與氯化鋁水溶液接觸時，一方面溶液中的三價鋁離子會使腐植酸膠體的雙電層變薄，促進腐植酸的聚集和沉澱；另一方面，當溶液的pH值為6?8時，一部分三價鋁離子會轉化成Al (OH) 3 (am)凝膠，既可對腐植酸進行包裹和覆蓋，防止腐植酸的水化膨脹和溶出，又可以進一步促進溶液膠體的聚合。當硝酸鑭加入到該體系中，三價鑭離子外有很多空軌道，很容易與腐植酸分子中的羧基、酚基、羥基及Al (0H)3(am)分子中的羥基發生絡合、螯合反應，促進凝膠中粒子的進一步縮合，生成難溶的凝膠聚合物，既可使材料具有一定的剛性，同時還增加了材料的結構穩定性。經過固液分離和洗滌過程，可使聚合物中的雜質減少，提高聚合物的純度。在乾燥過程中，聚合物中的粒子進一步靠近，從而骨架收縮，形成三維的具有網狀結構的含鋁、鑭和腐植酸的有機-無機凝膠聚合體。通過乾燥過程，材料的機械強度進一步增強，材料結構進一步加固。
[0008]在製備該凝膠聚合物的乾燥過程中，水分揮發導致凝膠收縮會產生許多較小的堆積孔，同時無機鹽的支撐造孔作用會使聚合物中產生大量的微孔。因此，通過上述方法製得的吸附材料既具有多孔的結構和巨大的比表面積可對水中氟離子進行表面吸附，又含有大量的羥基，羧基，可對水中氟離子進行氫鍵吸附。此外，還含有大量的鋁和鑭，可對水中氟離子進行化學吸附，提高了吸附材料對氟的吸附容量和選擇性。
[0009]相對於現有方法，本發明的突出優點是採用了自然界廣泛存在的有機高分子物質為原料；製作過程採用原位聚合方法，工藝簡單，反應條件溫和；製備的成品兼具有天然高分子吸附劑、含鋁無機鹽吸附劑和稀土吸附劑三者的優點，對水中氟離子具有較高的吸附容量和選擇性，具有明顯的經濟效益和環境效益。
[0010]具體實施方法
實施例1:在2L反應釜中，加入50g氯化鋁粉末，加IL蒸餾水溶解，在反應溫度為6(T65°C和攪拌(攪拌速度120r/min)的條件下加入50g腐植酸鈉,用氫氧化鈉調節混合溶液的PH為7.8?8.0，繼續加入質量分數為50%的硝酸鑭溶液0.1L，在6(T65°C下攪拌(攪拌速度120r/min) 30 min,冷卻至室溫,離心分離,用IL去離子水洗漆3次，將離心所得固體在70°C烘乾，烘乾後產物經研磨，製得改性腐植酸鈉除氟吸附材料。在廢水pH為7，水溫20°C，投加量為10g/L，吸附時間為6h的條件下用該吸附材料處理氟離子初始濃度為60mg/L的含氟廢水時，氟離子去除效率高達97.16%，吸附量大於5.83mg/g ;在該條件下處理氟離子初始濃度為180mg/L的含氟廢水時，氟離子去除效率高達98.97%，吸附量大於17.82mg/g°
[0011]實施例2:在0.5L的反應釜中，加入7.5g氯化鋁粉末，加0.1L蒸餾水溶解，在反應溫度為5(T55°C和攪拌(攪拌速度180r/min)的條件下加入IOg腐植酸，用氫氧化鈉溶液調節混合溶液的PH為6.2飛.5，繼續加入質量分數為50%的硝酸鑭溶液0.0IL,繼續在50?55°C下攪拌(攪拌速度180r/min) 30 min,冷卻至室溫,離心分離,用0.2L去離子水洗滌3次，將離心所得固體在65°C下烘乾，烘乾後產物經研磨，製得改性腐植酸鈉除氟吸附材料。在廢水PH為7，水溫20°C，投加量為10g/L，吸附時間為6h的條件下用該吸附材料處理氟離子初始濃度為30mg/L的含氟廢水時，氟離子去除效率高達97.93%，吸附量大於
2.94mg/g ;在該條件下處理氟離子初始濃度為180mg/L的含氟廢水時，氟離子去除效率高達95.73%，吸附量大於17.23mg/g。
【權利要求】
1.一種改性腐植酸除氟吸附材料的製備方法，其特徵在於將氯化鋁溶解於耐酸鹼的容器中，在劇烈攪拌下將腐植酸鈉加入該容器，用氫氧化鈉和鹽酸調節容器中溶液的PH值至設定值，再將硝酸鑭粉末加入該容器，進行物料的聚合反應，聚合反應結束後，進行固液分離，將固體進行洗滌、烘乾並粉碎得到所需吸附材料，氯化鋁與腐植酸鈉的質量比為1:1?1:2，硝酸鑭與腐植酸鈉的質量比為1:1?1:2，攪拌速度為100?200r/min，整個聚合反應過程的溫度為50?70°C，溶液的pH值為6?8，物料聚合的時間為20?30min，烘乾固體的溫度為50?70°C。
【文檔編號】B01J20/24GK103506088SQ201310483254
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2013年10月16日
【發明者】劉詠, 劉婭, 劉若娟 申請人:四川師範大學