[發明專利]一種鈰/鋁改性蒙脫石除氟吸附劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201710173846.9
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106824058A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王文靜;陳天虎;徐翹;胡真虎;王飛鴿
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B01J20/12
• 分類號: B01J20/12;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/14
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 盧敏,何梅生

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，涉及一種可以用來處理高氟水的吸附劑及其制備方法，尤其涉及一種基于改性蒙脫石的除氟吸附劑及其制備方法。

背景技術

氟是人體必需的微量元素之一，是牙齒和骨骼重要的組成成分，適量的氟攝入可提高牙齒琳瑯質對細菌酸性腐蝕的抵抗力，防止齲齒，但過量則對人體有毒害作用。長期飲用高氟水可導致慢性氟中毒，嚴重損害牙齒和骨骼，并波及心血管及神經系統，具體表現為牙釉質損壞、牙齒過早脫落、骨質疏松、骨骼變形和腦損傷等疾病。我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)規定生活飲用水中的氟含量不得超過1mg/L，但是，在我國華北、東北、西北的部分省份和自治區的地下水源中氟含量嚴重超標，有的地區高達4～8mg/L，對人體健康造成嚴重威脅。因此，找到合適的方法去除水中過量的氟對于保障人體健康具有重要意義。

國內外常見的除氟方法主要包括吸附法、混凝法、電滲析和反滲透等方法。其中，由于吸附法較經濟、效果好，因此一直是處理含氟水的重要方法之一，也是我國飲用水除氟方法中應用最多的方法。吸附法中，吸附劑的選擇對于吸附除氟至關重要，吸附劑的種類直接決定吸附效果。目前常用的除氟吸附劑主要是活性氧化鋁，活性氧化鋁除氟的優點是價格低廉、再生較為容易，但活性氧化鋁在強酸、強堿溶液中吸附能力差，且鋁溶出量高，在實際應用中有一定的缺陷。

在開發吸附劑的過程中，天然粘土礦物得到越來越多的關注。蒙脫石廣泛存在于自然界中，它具有較高的比表面積與離子交換容量、穩定的物理與化學性質、廉價和無毒無害等優點，對許多有機無機污染物都有較好的吸附能力，是理想的天然吸附劑。然而，天然蒙脫石對氟吸附能力較弱，不能直接用于含氟水處理。根據報道，對蒙脫石改性可增加孔隙度和比表面積，大大提高吸附性能。稀土金屬離子鑭和鈰對氟表現出良好的吸附能力，但是這兩種稀土金屬價格昂貴，無法在實際生產中推廣利用。CN103071452A公開了一種鑭或鈰柱撐蒙脫石除氟劑的制備方法，該方法利用稀土金屬改性柱撐廉價的蒙脫石制備除氟吸附劑，既利用了稀土金屬對氟的高選擇性，又降低了成本。

鋁對氟有良好的親和力，且鋁廉價易得，為進一步降低成本，可考慮采用稀土金屬和鋁共同柱撐改性蒙脫石，這樣既可以利用稀土金屬對氟強烈的親和性，還能進一步節省制備費用，同時也可利用了鋁對氟的吸附作用又避免了鋁的溶出。但是，目前同時采用稀土元素和鋁柱撐改性蒙脫石的研究較少，本發明從研制高效、安全、廉價、性質穩定、制備工藝簡單的新型除氟吸附劑出發，擬利用鈰和鋁共同改性蒙脫石制備一種除氟吸附劑。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種鈰和鋁共同改性蒙脫石除氟吸附劑及其制備方法，以期使活性組分鈰和鋁與蒙脫石之間能夠發揮協同作用，獲得良好的吸附容量，同時又克服單用稀土金屬或稀土金屬改性蒙脫石吸附除氟成本高的缺點，進一步降低除氟成本。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種鈰/鋁改性蒙脫石除氟吸附劑，包括載體和負載于載體上的活性成分，所述載體為柱撐蒙脫石，所述活性組分為鈰和鋁。

上述鈰/鋁改性蒙脫石除氟吸附劑的制備方法，包括蒙脫石鈉化、柱撐液制備、柱撐改性、煅燒、粉碎過篩等過程，具體步驟如下：

(1)將蒙脫石置于105℃條件下烘2-3h，冷卻后，取90-100份蒙脫石和1-5份碳酸鈉混合；再按蒙脫石與去離子水質量比為2％-10％，加去離子水配置成懸濁液，溶脹過夜，再攪拌1-2h，得到蒙脫石懸濁液；

(2)將鋁鹽溶于去離子水中，制得0.01-0.5mol/L(以鋁計)的鋁鹽溶液；將鈰鹽溶于去離子水，制得0.01-0.5mol/L(以鈰計)的鈰鹽溶液；按照鈰和鋁的摩爾比為1：2～50，將鈰鹽溶液和鋁鹽溶液均勻混合，制得鈰鋁混合液；

(3)在60℃條件下，將氫氧化鈉緩慢加入所述鈰鋁混合液中并不斷攪拌，使最終鋁與OH^-的摩爾比為1-3：1，所得混合液置于常溫下老化12-24h，得到柱撐液；

(4)取等體積的柱撐液和蒙脫石懸濁液，在60℃條件下將柱撐液緩慢加到蒙脫石懸濁液中，然后繼續攪拌0.5-2h，再在常溫下老化12-24h，離心洗滌殘留溶解鹽，重復3-5次，將離心所得固體置于105℃條件下烘干，得到改性蒙脫石固體；

(5)將所述改性蒙脫石固體置于馬弗爐中，100-800℃煅燒1-2h，然后將所得固體產物粉碎過篩獲，得到粒徑0.1-1.0mm的顆粒材料，即為鈰/鋁改性蒙脫石除氟吸附劑。