一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S10、室温下将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌至完全溶解得壳聚糖溶液；S20、向壳聚糖溶液中加入六水合氯化铁，搅拌均匀后，使混合溶液进行静置；S30、将混合溶液逐滴加入到氨水中，静置后，用去离子水洗涤至中性后干燥得所述的颗粒吸附剂。由发明的制备方法制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，不仅氟离子去除率高，吸附量大、并且氟离子去除率受温度、pH影响小。
【专利说明】一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理【技术领域】，具体涉及一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]氟是自然环境中分布广泛并且与人体健康密切相关的微量化学元素之一。它是人体体内维持骨骼正常发育必不可少的成分，在牙齿和骨骼形成的过程中起着重要促进作用。但是，过量的摄取氟化物对于人体以及动植物来说也是非常有害的。世界卫生组织规定饮用水中氟化物的浓度范围是1.0mg/L-1.5mg/Lo长期引用高氟水可引起氟斑牙和氟骨病的发生，甚至导致神经损伤。
[0003]地表水以及地下水中氟化物污染普遍存在于非洲、印度以及中国东北部。天然地下水中的氟化物一般来源于岩石、土壤中含氟矿物的溶解。然而，如含氟矿石的开采、金属冶炼、玻璃、焦炭、化工、电子、电镀等工厂的高浓度工业排放含氟废水使氟污染状况日趋严重。此外，农业生产过程中使用的化肥、农药也往往含有大量氟化物，这些氟化物也会随雨水的淋滤作用而导致地下水的污染。近几十年，氟污染已成为世界共同关注的全球性问题。
[0004]常用的除氟方法有离子交换法、化学沉淀法、混凝沉淀法、电渗析法、膜分离法和吸附法等。离子交换法除氟效率可高达90% _95%，但此方法最大的不足之处在于选择性较低，去除氟离子的同时，也会将其他矿物离子去除，并引入交换离子。化学沉淀法常用于高浓度(兰1000mg/L)的含氟工业废水的处理，但其缺点是投加量大，会产生大量污泥，且出水中氟离子浓度多高于我国水处理排放标准。混凝沉淀法具有处理水量大、成本低、设备简单、操作相对容易等有点，但该方法的处理效果受操作条件影响较大。电渗析法和膜分离法适用于浓度较低的含氟废水，处理效果稳定，出水水质可达到国家排放标准，但成本高，设备昂贵，且容易造成二次污染。近年来，吸附法被国内外认为是最有效，最简便以及最经济的方法而被广泛应用于实际水处理除氟技术中。吸附法除氟，操作简单，效果稳定且成本低廉，是一种值得大力发展和推广的氟污染水处理技术。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是提供一种氟离子去除率高，吸附量大、并且氟离子去除率受温度、PH影响小的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂。
[0006]本发明的另一个目的是提供一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，以其获得氟离子去除率高，吸附量大、并且氟离子去除率受温度、PH影响小的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂。
[0007]本发明的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，以壳聚糖为吸附剂骨架，以六水合氯化铁进行改性，以氨水为成型剂制备而得，并且所述颗粒吸附剂粒径为1.5mm?2_，具有多孔结构。
[0008]本发明的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，包括以下步骤:
[0009]S10、室温下将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌至完全溶解得壳聚糖溶液；
[0010]S20、向壳聚糖溶液中加入六水合氯化铁，搅拌均匀后，使混合溶液进行静置；
[0011]S30、将混合溶液逐滴加入到氨水中，静置后，用去离子水洗涤至中性后干燥得所述的颗粒吸附剂。
[0012]可选的，步骤S20中，静置时间为0.4?0.6小时。
[0013]可选的，步骤S30中，静置时间为0.8?1.2小时。
[0014]可选的，步骤SlO中，所述醋酸溶液体积浓度为1.9?2.1% ;形成的壳聚糖溶液质量体积浓度为2.4?2.6%。
[0015]可选的，所述醋酸溶液体积浓度为2.0% ;形成的壳聚糖溶液质量体积浓度为
2.5%。
[0016]可选的，按质量体积百分比计，步骤S20中，所述六水合氯化铁的加入量为壳聚糖溶液的8?11%。
[0017]可选的，按质量体积百分比计，所述六水合氯化铁的加入量为壳聚糖溶液的10%。
[0018]可选的，步骤S30中，所述氨水体积浓度为6.0?6.5%。
[0019]可选的，步骤S30中，所述干燥温度为45?55°C。
[0020]本发明中所述的质量体积浓度指溶质质量占溶液体积的百分比，单位为g/ml。
[0021]由发明的制备方法制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，不仅氟离子去除率高，吸附量大、并且氟离子去除率受温度、PH影响小。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
[0023]实施例1
[0024]在烧杯中加入L 25g壳聚糖,加入50ml2.0% (v/v)的醋酸溶液,搅拌溶解30min,再加入5g六水合氯化铁，搅拌至完全溶解后，静置0.5h，用注射器将溶液逐滴加入到6.25% (v/v)的氨水溶液中，静置lh，用去离子水洗至中性，50°C下在烘箱中干燥12h，即得铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂。
[0025]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，在30°C、150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经
0.45 μ m膜过滤后，用氟试剂分光光度发测定氟离子浓度，去除率可达90.26%,吸附量达1.8522mg/g。
[0026]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，分别改变吸附温度25°C、30°C、40°C、50°C、60°C，在150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经0.45 μ m膜过滤后，测得氟离子去除率分别为90.33%,90.26%,88.33%,87.86%和84.46%，可见温度对该吸附过程影响较小。
[0027]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，用0.1N HCl或0.1N NaOH分别调节溶液pH为3、4、5、6、7、8、9、10、11，在30°C、150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经0.45 μ m膜过滤后，测得氟离子去除率分别为 88.66%,90.11%,90.39%,90.45%,90.26%,90.11%,90.33%,
89.94%和88.60%，可见pH对该吸附过程影响较小，且吸附后的溶液pH均维持在5左右。
[0028]实施例2
[0029]在烧杯中加入1.20g壳聚糖,加入50ml2.1% (v/v)的醋酸溶液,搅拌溶解30min,再加入4g六水合氯化铁，搅拌至完全溶解后，静置0.4h，用注射器将溶液逐滴加入到6.0%(v/v)的氨水溶液中，静置1.2h，用去离子水洗至中性，45°C下在烘箱中干燥12h，即得铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂。
[0030]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，在30°C、150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经
0.45 μ m膜过滤后，用氟试剂分光光度发测定氟离子浓度，去除率可达90.18%,吸附量达1.8510mg/g。
[0031]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，分别改变吸附温度25°C、30°C、40°C、50°C、60°C，在150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经0.45 μ m膜过滤后，测得氟离子去除率分别为90.32%,89.25%,88.32%,88.86%和85.46%，可见温度对该吸附过程影响较小。
[0032]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，用0.1N HCl或0.1N NaOH分别调节溶液pH为3、4、5、6、7、8、9、10、11，在30°C、150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经0.45 μ m膜过滤后，测得氟离子去除率分别为 89.56%,90.12%,90.28%,90.33%,90.24%,90.13%,90.23%,
89.84%和88.75%，可见pH对该吸附过程影响较小，且吸附后的溶液pH均维持在5左右。
[0033]实施例3
[0034]在烧杯中加入1.30g壳聚糖,加入50mll.9% (v/v)的醋酸溶液,搅拌溶解30min,再加入5.5g六水合氯化铁，搅拌至完全溶解后，静置0.6h，用注射器将溶液逐滴加入到
6.5% (v/v)的氨水溶液中，静置0.8h，用去离子水洗至中性，55°C下在烘箱中干燥12h，即得铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂。
[0035]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，在30°C、150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经
0.45 μ m膜过滤后，用氟试剂分光光度发测定氟离子浓度，去除率可达90.13%,吸附量达1.8315mg/g。
[0036]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，分别改变吸附温度25°C、30°C、40°C、50°C、60°C，在150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经0.45 μ m膜过滤后，测得氟离子去除率分别为
90.34%,89.26%,89.33%,86.88%和85.44%，可见温度对该吸附过程影响较小。
[0037]在200ml锥形瓶中加入50mL10mg/L氟离子溶液，称取0.25g上述制备的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，用0.1N HCl或0.1N NaOH分别调节溶液pH为3、4、5、6、7、8、9、10、11，在30°C、150rpm条件下于气浴恒温振荡器中振荡6h，取上清液，经0.45 μ m膜过滤后，测得氟离子去除率分别为 88.55%,90.23%,90.14%,90.26%,90.10%,90.37%,90.27%,89.98%和88.92%，可见pH对该吸附过程影响较小，且吸附后的溶液pH均维持在5左右。
[0038]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂，其特征在于，以壳聚糖为吸附剂骨架，以六水合氯化铁进行改性，以氨水为成型剂制备而得，并且所述颗粒吸附剂粒径为1.5mm?2_，具有多孔结构。
2.一种铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: S10、室温下将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌至完全溶解得壳聚糖溶液； S20、向壳聚糖溶液中加入六水合氯化铁，搅拌均匀后，使混合溶液进行静置； S30、将混合溶液逐滴加入到氨水中，静置后，用去离子水洗涤至中性后干燥得所述的颗粒吸附剂。
3.根据权利要求2所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S20中，静置时间为0.4?0.6小时。
4.根据权利要求2所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S30中，静置时间为0.8?1.2小时。
5.根据权利要求2所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤SlO中，所述醋酸溶液体积浓度为1.9?2.1% ;形成的壳聚糖溶液质量体积浓度为2.4 ?2.6%。
6.根据权利要求5所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述醋酸溶液体积浓度为2.0% ;形成的壳聚糖溶液质量体积浓度为2.5%。
7.根据权利要求2所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，按质量体积浓度百分比计，步骤S20中，所述六水合氯化铁的加入量为壳聚糖溶液的8?11%。
8.根据权利要求7所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，按质量体积百分比计，所述六水合氯化铁的加入量为壳聚糖溶液的10%。
9.根据权利要求2所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S30中，所述氨水体积浓度为6.0?6.5 %。
10.根据权利要求2所述的铁改性壳聚糖除氟颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S30中，所述干燥温度为45?55°C。
【文档编号】C02F101/14GK104069830SQ201410346228
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】陈男, 冯传平, 张静 申请人:中国地质大学（北京）