一種Al摻雜羥基磷灰石高效除氟吸附劑的製備方法

2023-05-19 18:41:41 1

專利名稱：一種Al摻雜羥基磷灰石高效除氟吸附劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種除氟吸附劑的製備方法，具體地說涉及一種A1摻雜羥基磷灰石 除氟吸附劑的製備方法。
背景技術：
氟離子廣泛存在於天然水體和地下水體系當中，長期飲用含氟量過高的水會引起 人體氟中毒，從而導致氟骨病，氟斑牙等。世界衛生組織規定飲用水中的氟離子含量不能超 過1. 5mg/L，我國也已規定飲用水中的氟離子含量不得高於1. Omg/L。吸附法由於成本低、效果好、設備簡單，因此被廣泛用於去除飲用水中過量的氟離 子。羥基磷灰石作為飲用水除氟的吸附劑，具有製備簡單、成本低廉的特點，然而其吸附容 量相對較低，需要頻繁的對吸附劑進行更換和再生；因此，需要研製吸附容量更大、使用周 期更長的除氟吸附劑。影響吸附劑吸附除氟能力的因素主要包括以下三個方面(1)吸附劑表面羥基的 豐富程度；(2)吸附劑的比表面積；(3)對氟離子有無選擇性吸附。事實證明，表面羥基越豐 富、比表面積越大、對氟離子有特性吸附的吸附劑，除氟效果越好。

發明內容
本發明的目的在於通過對現有羥基磷灰石進行A1摻雜改性，得到一種吸附容量 更大的除氟吸附劑。為實現上述目的，本實驗採用共沉澱法製備一種A1摻雜羥基磷灰石氟離子吸附 劑。實驗證明，該吸附劑相對於原有的羥基磷灰石氟離子吸附劑，在吸附容量上有很大提 高，該材料具有很大的比表面積，且其製備過程簡單，易於操作，在氟離子的吸附去除方面 具有相當的應用潛力。具體的說本發明的製備方法為將一定量的Ca(N03)2 .4H20和A1(N03)3 .9H20溶解於已除盡C02的去離子水中，其 中Ca(N03)2*4H20與A1(N03)3*9H20的摩爾比為5 1-20 1，溶液中Ca2+與Al3+的總離子 濃度為0. 1-0. 5mol/L,向溶液中滴加一定量85%的磷酸，保證溶液中(Ca2++Al3+)與P043_的 摩爾比為10 1-10 7，用氨水調節溶液的pH值至8. 5-9. 5;將得到的白色乳狀液轉移到 高壓反應釜中，於80-110°C水熱陳化4-8小時；將沉澱過濾，用去離子水洗滌，60-80°C下烘 幹5-8小時，製得A1摻雜的羥基磷灰石吸附劑。


圖1為本發明製備的A1摻雜羥基磷灰石吸附劑的X射線衍射圖。圖2為本發明製備的A1摻雜羥基磷灰石吸附劑的N2吸附-脫附曲線圖。圖3為本發明製備的A1摻雜羥基磷灰石吸附劑對氟離子的吸附等溫線圖。
具體實施例方式通過下面給出的實施例和應用例，可以看出本發明的技術特徵和優點。
具體實施方式
一 A1摻雜羥基磷灰石除氟吸附劑的製備與表徵將一定量的Ca(N03)2 *4H20和A1(N03)3 *9H20溶解於已除盡C02的去離子水中，其 中Ca(N03)2*4H20與A1(N03)3*9H20的摩爾比為5 1-20 1，溶液中Ca2+與Al3+的總離子 濃度為0. 1-0. 5mol/L,向溶液中滴加一定量85%的磷酸，保證溶液中(Ca2++Al3+)與P043_的 摩爾比為10 1-10 7，用氨水調節溶液的pH值至8. 5-9. 5;將得到的白色乳狀液轉移到 高壓反應釜中，於80-110°C水熱陳化4-8小時；將沉澱過濾，用去離子水洗滌，60-80°C下烘 幹5-8小時，製得A1摻雜的羥基磷灰石吸附劑。將羥基磷灰石(HAP)吸附劑經過A1摻雜前後的樣品進行X射線衍射分析，結果如 圖1所示，與HAP相比，羥基磷灰石經過A1摻雜以後(HAP-A1)峰形變寬、而衍射峰強度明 顯加強，說明羥基磷灰石經過A1摻雜以後仍然結晶良好，A1在羥基磷灰石顆粒內部很好的 分散。對HAP、HAP-A1進行比表面積分析，結果如圖2所示，HAP、HAP_A1的比表面積分別 為75. 7和258. 6m2/g，Al的摻雜顯著提高了羥基磷灰石的比表面積。氟離子的去除主要與 吸附劑自身的表面羥基有關，HAP-A1較大的比表面積決定其應該具有較強的吸附去除氟離 子的能力。
具體實施方式
二 A1摻雜羥基磷灰石吸附除氟的吸附效率將50mg HAP或HAP-A1吸附劑加入100ml —定濃度的氟離子溶液中，於25°C下恆 溫震蕩，吸附過程中滴加0. 1M的硝酸和0. 1M NaOH維持溶液pH = 7，每隔一定時間取樣分 析溶液中氟離子的濃度變化情況。圖3為HAP和HAP-A1對氟離子的吸附等溫線圖，從圖中可以看出，本發明製備的 A1摻雜羥基磷灰石吸附劑對水體中的氟離子具有很好的吸附去除能力，與HAP相比，其理 論最大吸附容量從18. lmg/g提高到32. 6mg/g,吸附效率明顯大於常用的羥基磷灰石和活 性氧化鋁吸附劑。
權利要求
一種Al摻雜羥基磷灰石高效除氟吸附劑的製備方法，其主要步驟為將一定量的Ca(NO3)2·4H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解於已除盡CO2的去離子水中，其中Ca(NO3)2·4H2O與Al(NO3)3·9H2O的摩爾比為5∶1-20∶1，溶液中Ca2+與Al3+的總離子濃度為0.1-0.5mol/L，向溶液中滴加一定量85％的磷酸，保證溶液中(Ca2++Al3+)與PO43-的摩爾比為10∶1-10∶7，用氨水調節溶液的pH值至8.5-9.5；將得到的白色乳狀液轉移到高壓反應釜中，於80-110℃水熱陳化4-8小時；將沉澱過濾，用去離子水洗滌，60-80℃下烘乾5-8小時，製得Al摻雜的羥基磷灰石吸附劑。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，Ca(NO3)2· 4H20與Al (NO3)3 · 9H20的 摩爾比為5 1-20 1。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，保證溶液中(Ca2++Al3+)與P043_的摩 爾比為10 1-10 7，利於形成羥基磷灰石結構。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，用氨水調節溶液的PH值至8.5-9. 5。
5.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，白色乳狀液在高壓反應釜中於 80-110°C水熱陳化4-8小時。
全文摘要
一種Al摻雜羥基磷灰石高效除氟吸附劑的製備方法。將一定量的Ca(NO3)2·4H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解於已除盡CO2的去離子水中，向溶液中滴加一定量85％的磷酸，並用氨水調節溶液的pH值至8.5-9.5；將得到的白色乳狀液轉移到高壓反應釜中，於80-110℃水熱陳化4-8小時；將沉澱過濾，用去離子水洗滌，60-80℃下烘乾5-8小時，製得Al摻雜的羥基磷灰石吸附劑。與單獨羥基磷灰石較低的吸附能力相比(對氟離子的吸附容量為18.1mg/g)，羥基磷灰石經過Al摻雜以後對氟離子的吸附能力有了明顯提高，其理論最大吸附量達到32.6mg/g。
文檔編號B01J20/30GK101862644SQ20091008243
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月17日 優先權日2009年4月17日
發明者孔垂鵬, 胡春 申請人:中國科學院生態環境研究中心