专利名称：即时合成层状双氢氧化物的水处理方法
技术领域：
本发明属于水处理技术。
背景技术：
层状双氢氧化物(layer double hydroxide，简称LDH)也称似滑石(talcite-like)、似水滑石(hydrotalcite-like，简称HT)或阴离子粘土(anion clays)。其基本结构式为Mx2+My3+(OH)2x+3y-nz(An-)z·mH2O，M2+和M3+分别代表二价和三价阳离子，An-代表n价阴离子。LDH具有类似水镁石的层状结构，在水镁石的结构单元层中，二价阳离子部分被三价阳离子替代，产生结构正电荷，从而需要引入阴离子进入结构单元层间平衡结构正电荷。和一般粘土矿物类似，处于结构层间的阴离子与结构正电荷属于远程静电平衡，作用力较弱，其中的阴离子可以被其它的阴离子交换，因而LDH具有优异的阴离子交换性能。
LDH研究成为国际材料科学近10余年来研究的持续热点，其关键在于LDH的成分可以在较大范围内调控，特殊的结构和这种结构的物质具有一些特殊的性质以及有着广泛的应用前景。LDH在环保中的应用是国外学者均看好的应用领域。把LDH作为水处理吸附剂也已开展了较多的研究，显示出非常大的前景，特别是作吸附剂处理含磷酸根、砷酸根、硒酸根、铬酸根等高价含氧阴离子显示出很好的效果。目前存在的问题主要是研究者制备的LDH多是用化学试剂在较严格的实验条件下完成的制备，并且合成的LDH均为纳米或微米粉体，生产中固液分离困难，干燥能耗较大，导致生产成本高。另外，超细分体均匀投加到废水中，并且避免粉尘污染，也有一定的困难。目前，虽然已有工业规模合成LDH(美国Alco公司)，但把LDH作为水处理吸附剂应用，尚存在技术经济的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种即时合成层状双氢氧化物的水处理方法。以LDH合成技术为基本原理，在水处理过程中投加镁、铝盐及碱性物质，即时合成层状双氢氧化物，并同时使水中的污染物进入LDH结构中，通过LDH沉淀分离来去除水中污染或有害阴离子物质，从而达到处理、净化水的目的。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是本发明的特点是向含有包括CrO42-、SeO42-、AsO42-、PO43-、SO42-、F-及其它阴离子污染物的水中直接投加能够形成层状双氢氧化物的药剂，在水处理反应池中，即时完成层状双氢氧化物合成，所述存在于水中的阴离子污染物，直接进入层状双氢氧化物结构，通过层状双氢氧化物沉淀分离使污染物从水中去除。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在本发明适用于净化废水或饮用水中的阴离子如CrO42-、SeO42-、AsO42-、PO42-、SO42-、F-等；本发明适用的污染物浓度范围广，去除效率达98％以上，完全达到工业排放标准或饮用水质要求；工艺流程简单。本发明使得原来的LDH合成和废水处理需要在两个分离工厂或各自独立系统进行的工业过程在一个系统中完成。
图1、本发明方法水处理中即时合成LDH的X射线粉末衍射图谱。
图2、本发明方法处理含磷废水即时合成LDH透射电镜图像。
图3、本发明方法处理含磷废水即时合成LDH电子能谱图。
图4、本发明方法处理废水工艺流程示意图。
具体实施例方式本实施例适于处理的水包括含阴离子，如CrO42-、SeO42-、AsO42-、PO43-、SO42-、F-等工业废水或饮用水，适于净化去除的物质包括以阴离子形式存在的废水中污染物质或饮用水中对人体有害的物质。具体处理步骤为a、需要净化的水首先进入加药反应池，添加镁和铝化合物，满足合成LDH所需的化学组分，并使之混合均匀。投加的铝化合物是易溶铝盐或铝化合物的任何一种，或它们的混合物。包括含铝的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、偏铝酸盐等。可以用来作为添加药剂的铝化合物既包括含铝的固体盐，也包括含铝的溶液。投加的镁化合物是镁盐或镁氧化物的任何一种，或它们的混合物，包括含镁的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、煅烧白云灰、白云石等，可以用来添加的镁化合物既包括含镁的固体盐，也包括含镁的溶液。
b、添加碱性物质，使合成LDH的反应池出水pH值稳定在8～9之间，使溶解在水中的镁、铝及需要净化的阴离子一起形LDH。添加碱性物质目的是使处理水的pH值稳定在8～9之间，有利于LDH的合成。添加的碱性物质包括氢氧化钾、氢氧化钠、石灰或石灰质材料、白云灰等固体或溶液。
c、在沉淀池中完成即时合成的LDH沉淀分离，达到去除污染物或有害物质的目的。
上述工艺过程如图4所示。
具体实施中控制反应前水中溶解的镁/铝比值在1∶1～3∶1之间，出水pH值稳定在8-9之间。沉淀固体具有LDH晶体结构，合成的LDH镁/铝比值在1∶1～3∶1之间。
由于层状双氢氧化物的阴离子交换容量通常为0.33，为了保证阴离子污染物质能有效去除，应使所合成的层状双氢氧化物与阴离子污染物的摩尔比大于3∶1以本发明方法进行含磷废水处理，即时合成所得LDH的X射线粉末衍射图谱如图1所示，透射电镜图像如图2所示，电子能谱图如图3所示。
权利要求
1.即时合成层状双氢氧化物的水处理方法，其特征是向含有包括CrO42-、SeO42-、AsO42-、PO43-、SO42-、F-及其它阴离子污染物的水中直接投加能够形成层状双氢氧化物的药剂，在水处理反应池中，即时完成层状双氢氧化物合成，所述存在于水中的阴离子污染物，直接进入层状双氢氧化物结构，通过层状双氢氧化物沉淀分离使污染物从水中去除。
2.根据权利要求1所述的即时合成层状双氢氧化物的水处理方法，其特征是具体步骤为a、需要净化的水首先进入反应池，添加镁和铝化合物，满足合成层状双氢氧化物所需的化学组分，并使之混合均匀；b、添加碱性物质，使反应池出水pH值稳定在8～9之间，使溶解在水中的镁、铝及需要净化的阴离子形成层状双氢氧化物；c、被去除物质随着即时合成的层状双氢氧化物在沉淀池中得以沉淀分离。
3.根据权利要求2所述的水处理方法，其特征是所述步骤a中添加的铝化合物是易溶铝盐和铝化合物的任何一种，或它们的混合物；所添加的镁化合物是镁盐或镁氧化物的任何一种，或它们的混合物。
4.根据权利要求2所述的水处理方法，其特征是所述步骤a中添加的铝化合物包括含铝的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、偏铝酸盐；所添加的镁化合物包括镁的氯化物、硝酸盐、硫酸盐、煅烧白云灰、白云石。
5.根据权利要求2或3或4所述的水处理方法，其特征是在所述步骤b中添加的碱性物质包括氢氧化钾、氢氧化钠、石灰或石灰质材料、白云灰固体或溶液。
6.根据权利要求2或3或4所述的水处理方法，其特征是控制反应前水中溶解的镁/铝比值在1∶1～3∶1之间。
全文摘要
即时合成层状双氢氧化物的水处理方法，其特征是向含有包括CrO
文档编号C02F1/52GK1569671SQ03131758
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月24日 优先权日2003年7月24日
发明者陈天虎, 彭书传 申请人:合肥工业大学