[發明專利]用于從水中除氟的復合膨潤土及其制備方法

無效

• 申請號: 200910068349.8
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101564676A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 曹吉林;張會然;陳學青;高長鴻
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B01J20/12
• 分類號: B01J20/12;B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/58;C02F101/14
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡安朋

技術領域

本發明的技術方案涉及用吸附法處理水的技術領域，具體地說是用于從水中除氟的復合膨潤土及其制備方法。

背景技術

氟元素是人體必需的微量元素之一，當飲用水中氟含量不足時易患齲齒病；但若長期飲用高氟水，輕則引起牙齒變質，琺瑯脫落，重則造成骨質硬化或骨質疏松，骨骼變形，甚至癱瘓，使人喪失勞動能力。我國是世界上飲水型地方性氟中毒流行最廣、危害最嚴重的國家之一。??我國飲用水標準中規定，飲用水中適宜的氟含量為0.5～1.0mg/L；又根據國家廢水排放標準，要求排放的廢水中氟化物必須小于15mg/L。針對我國飲用水和工業廢水中氟離子嚴重超標的現狀，除氟試劑、除氟方法和除氟設備的研究開發成為水處理中的一個焦點。目前飲水除氟的方法很多，各有其優缺點：①離子交換法雖常用，但由于陰離子交換次序為SO₄^2-＞NO₃^-＞CrO₄^2-＞Br^-＞CN^-＞Cl^-＞F^-，氟離子處于不利交換的位置，而且選擇性不高，設備投資和運行費用很大；②反滲透法耗電量大，費用高；③鋁鹽沉淀法效果較好，但鋁鹽消耗大，不能再生，且產生大量沉淀；④電凝聚法設備緊湊、出水水質好，但耗電量大，且對水質要求較高；⑤吸附法除氟效果好，再生容易，吸附材料消耗少，干擾物少。現有技術中用于從水中除氟的吸附材料多為骨碳和活性氧化鋁，其缺點是材料價格高，吸附性能有待進一步提高。為此研制開發吸附效果更高，且經濟實用的吸附材料，將是飲水除氟推廣的一條合理途徑，并具有顯著的社會效益和經濟效益。

膨潤土在我國儲量大，應用非常廣泛，它的比表面積大，熱穩定性高，吸附性能好，是一種潛在的高效廉價的環保吸附劑，但膨潤土也存在溶脹性較大、難于沉降等缺點，為解決實際應用的問題，制備一種吸附效果更高、沉降性能好和價格低廉的膨潤土凈水劑成為研究的熱點。現有技術中，丙烯酰胺與膨潤土的復合物幾乎全部作為一種高吸水性復合材料來研制的，這種復合材料的制備方法主要有溶液聚合法、反相懸浮聚合法、輻射聚合法。①溶液聚合法是指將反應單體和引發劑等溶于適當的溶劑中而進行的聚合方法(季鴻漸等在《含膨潤土的部分水解交聯聚丙烯酰胺高吸水性樹脂的研究中》)。這種制備方法單體的轉化率低，聚合速度慢；產物干燥困難；反應釜內易形成塊狀凝膠難以處理；②反相懸浮聚合法是以有機溶劑為分散介質，水溶性單體在懸浮劑和強烈攪拌作用下，分散成懸浮水相液滴，引發劑溶解在水相液滴中而進行的聚合方法。(張小紅等在《聚丙烯酸鈉/蒙脫石復合高吸水性樹脂的合成與性能》，CN1769191用于水處理的膨潤土基復合材料及其制備方法)。其最大缺點是工藝過程復雜，產品的后處理較困難，必須去掉產物中低分子反應物和所夾帶的溶劑，同時要回收大量的分散介質。③輻射引發聚合法是使用γ-射線或紫外光輻照引發接枝共聚反應的方法(李紅等在《超吸水性聚丙烯酰胺/蒙脫土復合材料力學性質的研究》)。但由于射線輻射能量高，對于化學反應的選擇性差，容易發生副反應，從而限制了該方法的應用范圍。

綜上所述，在水處理領域，現有聚丙烯酰胺/膨潤土復合物僅用于做吸水劑，其吸水率隨著復合物中膨潤土含量的增加而迅速下降，膨潤土的含量在20％時其吸水率最高，當膨潤土的含量為55％左右時，其吸水率基本將至最低，因此作為一種高吸水性樹脂，應用于吸水劑的復合材料中膨潤土的含量不高于70％。目前，還未見到有將聚丙烯酰胺/膨潤土材料用于從水中除氟的報道和其他方面的現有技術。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供用于從水中除氟的復合膨潤土及其制備方法，用以克服現有技術中用于從水中除氟的吸附材料的價格高、吸附性能較低的缺點，同時也克服了現有聚丙烯酰胺/膨潤土復合物僅用于做吸水劑，而且其中膨潤土的含量不高于70％的缺點。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：用于從水中除氟的復合膨潤土，由鈣基膨潤土和聚合其上的聚丙烯酰胺構成，其中聚丙烯酰胺所占整體的質量百分比為10％～25％，鈣基膨潤土所占整體的質量百分比為75％～90％，這里所說的聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺單體在引發劑偶氮二異丁腈和交聯劑甲醛的作用下進行溶液聚合反應生成。

上述用于從水中除氟的復合膨潤土的制備方法，其步驟如下：

第一步，提純鈣基膨潤土的制備