[發明專利]一種高效電促吸附除氟吸附劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201010239599.6
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN102335590A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 梁文艷;許佳;王毅力;豆小敏
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/48;C02F1/58;C02F101/14
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 高宇;楊小蓉

技術領域

本發明涉及除氟領域，具體地，本發明涉及一種高效復合型電促除氟吸附劑。

背景技術

氟是人體內必須的微量元素之一。人體適量氟的攝入能使骨、牙堅實，減少齲齒發病率，還對神經系統的興奮性傳導、鈣磷代謝、甲狀旁腺功能、細胞酶系統以及生殖過程都有裨益。但是，攝入過量的氟，也會產生各種中毒癥狀，長期攝入過量的氟化物還有致癌、致畸效應。因此，控制氟的攝入量對人體健康具有重要意義。

幾乎所有的天然水中都含有氟離子，飲用水是人體攝入氟的最大來源，中國也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。對于高氟飲用水，在使用前都須進行除氟處理。目前吸附法是處理高氟飲用水的主要方法之一。有研究表明有研究表明，稀土、鋯、鈦、鋁、鎂等多價水合金屬氧化物具有獨特的親氟能力，可用作除氟材料，但是存在吸附材料用量較大、單位質量除氟容量較低、吸附能力損失較大、容易造成二次污染等問題。

電吸附是目前除鹽領域的一個“新技術”，原水在陰陽電極之間流動，通電時水中離子將分別向帶相反電荷的電極遷移并被該電極吸附在電極表面，達到富集濃縮，使通道水中的溶解鹽類、膠體顆粒及其他帶電物質的濃度降低，從而實現了水的除鹽、去硬度及凈化。目前對電吸附的研究多集中于二維電極板材料研究方面，但成本較高。60年代末期，Bickhuxst提出了三維電極/三元電極，在傳統的二維電解槽電極間裝填粒狀或其它碎屑狀電極材料，在通電的情況下使裝填的粒子電極材料表面帶電成為系統中新的一極(第三極)，有利于提高電極的比表面積，改善物質傳質效果，提高電流效率。對于顆粒電極的研究多集中于電化學降解有機污染、回收水體中污染金屬等領域，其吸附效果仍然有限，有待進一步提高。

因此，目前上述兩種除氟方法在除氟效果和工業應用方面都存在缺陷，有待改善。

本發明首次利用金屬氧化物的高氟吸附容量，通過添加高導電性能的介質，制備具有高氟吸附能力利用率和高導電性能的粒子電極吸附材料，結合電極對離子的遷移和富集作用，提供一種復合型的電促除氟吸附劑。

發明內容

本發明的發明人為了解決上述問題提出并完成了本發明。

本發明的目的是提供一種金屬氧化物/導電材料/分散劑復合型高效電促吸附除氟吸附劑。

本發明的再一目的是提供一種制備上述復合型高效電促吸附除氟吸附劑的方法。

根據本發明的復合型高效電促吸附除氟吸附劑包括所述吸附劑包括活性金屬氧化物、導電材料與分散劑。

根據本發明的復合型高效電促吸附除氟吸附劑包括活性金屬氧化物、導電材料與分散劑。

本發明的發明人經試驗發現由活性金屬氧化物、導電材料混合制備的吸附劑會產生協同增效的電促除氟效果。

根據本發明得到復合型電促除氟吸附劑除氟的原理基于：在反應體系陰陽兩極通入直流電的情況下，與陽極接觸的每一個導電粒子都是一個微陽極，含氟溶液中氟離子在電場和粒子界面雙電層的吸附作用下，遷移富集于復合吸附劑周圍，局部氟離子濃度增大，在這個過程中完成對氟離子的去除。其作用和特點在于，一方面，從傳統的電吸附技術角度，粒子電極增加了陽極與溶液中氟離子的接觸面積，增強粒子電極雙電層對氟的吸附能力；另一方面，氟離子的富集促進復合材料中金屬氧化物對氟的吸附，即在電場的作用下，運用電場和離子雙電層富集氟離子的作用，提高金屬氧化物周圍環境中氟離子的濃度，促進金屬氧化物對氟離子的吸附，從而產生了“電促”效果，提高系統中單位質量的復合型電促除氟吸附劑對氟離子的吸附量。

根據本發明的高效復合型電促除氟吸附劑，其中所述活性金屬氧化物為具有獨特的親氟能力，可用作除氟材料的金屬氧化物，現有技術中已知的具有吸附氟離子性能的金屬氧化物都適于本發明，如，稀土金屬氧化物、水合羥基氧化鋯、活性氧化鋁、活性氧化鎂、和/或活性氧化鈦。

根據本發明的高效復合型電促除氟吸附劑，其中所述導電材料為本領域現有的具有導電性能可以用作電極的材料，如碳黑、導電石墨、導電碳纖維、和/或導電膨脹石墨。其中導電碳黑比表面積為60-3000m²/g，粒徑≤100nm，電阻率≤2.5Ω·m；導電碳纖維電阻率≤2.5μΩ·m，纖維直徑≤10μm；導電石墨超細導電石墨，電阻率≤50μΩ·m；導電膨脹石墨常溫下電阻率≤20μΩ·m。碳黑一種無定形碳，輕、松而極細的黑色粉末，結構性高，容易形成空間網絡通道，比表面積非常大，單位質量顆粒多，有利于在聚合物中形成鏈式導電結構，而且粒徑分布寬的碳黑粒子比分布窄的碳黑粒子更能賦予聚合物或者其他不導電物導電性。