[發明專利]一種深度凈化水中微量氟的復合材料及制備和凈化方法

有效

• 申請號: 201310342141.7
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103464086A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張慶瑞;杜青;紀現凱;焦體峰;王素鳳;孫奇娜
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/14
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域

本發明涉及一種凈化水的材料及凈化方法，特別是凈化水中微量氟的凈化材料及方法。

背景技術

氟是人體必需的微量元素之一，飲用水適宜的氟質量濃度為0.5～1mg/L。當飲用水中氟含量不足時，易患齲齒病。但若長期飲用氟質量濃度高于1mg/L的水，就會危害人的身體健康，輕者患斑釉齒、腰酸背痛等癥，重者則發生氟骨癥，患者骨骼變形、腰椎變曲、疼痛難忍、甚至癱瘓。開發對水中微量氟的深度凈化技術對實現水體的安全控制具有重要意義。

目前主要的除氟方法有很多，各有優缺點。其中磷酸鈦是近幾十年來發展起來的一類新型層狀介孔材料，其化學式為Ti(HPO₄)₂。磷酸鈦不僅具有類似離子交換樹脂較大的吸附容量，同時又有優異的熱、化學穩定性和良好的動力學性能，極難溶于水和酸，環境友好并且可以提供較大的比表面積。大量研究文獻表明磷酸鈦是一種典型的陽離子交換劑，相關研究也主要圍繞對堿金屬、堿土金屬及重金屬等陽離子的去除，而對陰離子特別是氟離子的吸附相關研究較少。初步研究結果表明，磷酸鈦對氟離子表現出較強的吸附選擇性能。但遺憾的是磷酸鈦以無機粉體的形式存在，直接應用于柱吸附或其他流態體系中往往產生較高的壓降，存在固液分離困難，流體阻力大的應用瓶頸，難以實際應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種直接應用于柱吸附或其他流態體系中不會產生較高的壓降，固液易分離，流體阻力小的一種深度凈化水中微量氟的復合材料及制備和凈化方法。

本發明的深度凈化水中微量氟的復合材料是以納米磷酸鈦為無機功能吸附劑，常規強堿性陰離子交換樹脂為擔體的樹脂基納米磷酸鈦復合材料，其納米磷酸鈦的擔載量為3.3%-24.1%。

上述樹脂基納米磷酸鈦復合材料的制備方法如下：

1.以鈦酸丁酯為前驅體，將其溶解于水中，控制其含量（質量分數）為3%-35%，同時加入一定量強堿性陰離子交換樹脂作為載體材料，控制固液比為1:5-1:20(g/mL),在溫度40-60℃，反應4-6h，使Ti鹽逐步擴散至陰離子交換樹脂孔道內表面。所述的常規強堿性陰離子交換樹脂可為D201（杭州爭光實業股份有限公司生產）、201x7（天津波鴻樹脂科技有限公司生產）、717（河北廊坊南大樹脂廠生產），A600(英國漂萊特國際股份有限公司)，IRA-900（美國羅門哈斯公司）。

2.過濾并將固體物質置于質量分數為10%～40%的磷酸溶液中常溫下進行原位沉淀反應，反應時間控制8-10小時，而后過濾，將固體物質再于50-70℃下熱處理5-8h，獲得樹脂基納米磷酸鈦復合材料，其納米磷酸鈦擔載量為3.3%-24.1%。

采用納米磷酸鈦復合材料去除水中微量氟離子的方法如下：

1.將受氟污染水溫度控制在15℃～55℃，pH控制在3～8范圍內，（F^-=1.5-5mg/L）；2.以10～80BV（床層體積）/h流速順流通過裝填有上述樹脂基納米磷酸鈦復合材料的固定床柱吸附裝置，可將受氟污染水高效凈化，出水低于生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)中所規定的氟離子限值（1mg/L）。

3.復合材料再生：經上述復合材料處理后，當出水氟離子濃度高于1mg/L時，需停止吸附操作，進行再生。吸附后的復合材料可采用NaOH與NaCl混合溶液再生，其中NaOH濃度為3%-5%，NaCl濃度為2%-5%，控制再生流速為0.5-3BV/h，溫度15℃～35℃，經2-5BV脫附反應即可完全再生。上述再生過程可在吸附柱中進行。再生后吸附材料需用清水或稀鹽酸沖洗至中性即可循環使用。上述清水可采用自來水，蒸餾水，地下水；稀酸一般為0.1%-0.5%稀鹽酸。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明充分借助擔體大顆粒特性及納米孔模板效應有效實現無機顆粒固定化，同時無機吸附材料特有吸附性能得以應用，從而有效地解決了無機納米顆粒流體阻力大、固液分離困難難以應用的技術瓶頸。