一种纳米片状氧化铝在去除水中氟离子方面的应用
【专利摘要】本发明公开了一种纳米片状氧化铝在去除水中氟离子方面的应用。本发明采用不易污染的硫酸铝和偏铝酸钠为原料制备纳米片状薄水铝石，并焙烧制得用作吸附剂的纳米片状氧化铝，其具有大比表面积和大孔体积，厚度小于2纳米，其表面能提供更多的铝与氟离子成键，对氟离子的吸附容量优于现有技术中报导的吸附材料。本发明的原料经济易得，制备工艺简单，绿色环保，可广泛用于水中氟离子的吸附脱除，吸附容量大，从而减少吸附剂用量，降低了运行成本。
【专利说明】
一种纳米片状氧化铝在去除水中氟离子方面的应用
技术领域
[0001]本发明属于环保技术领域，特别涉及了一种纳米片状氧化铝在去除水中氟离子方面的应用。
【背景技术】
[0002]氟是人体和动物必需的微量元素之一，是成牙齿和骨骼的主要成分。但是摄入过量的氟将会严重影响人体健康。过量的氟会破坏人体正常的钙、磷代谢，使钙从正常组织中沉积和造成血钙减少，由于氟的矿化作用，它还可将骨骼中的羟基磷酸钙转化成氟磷酸钙而破坏骨骼中正常的磷氟比。人长期吸收过量无机氟化物，会引起氟斑牙、骨膜增生、形成骨刺、骨节硬化、骨质疏松、骨骼变形发脆的氟骨病。
[0003]鉴于氟对人体作用的两面性，世界卫生组织对饮用水中氟含量定制了严格的要求，在其饮用水标准中建议的氟浓度为1.5mg/L。世界卫生组织在提出饮用水标准的同时，建议各国根据实际情况制定自己的标准。各国根据当地的情况对饮用水中氟离子浓度都有严格的标准，大都在0.8-1.5mg/L，我国生活饮用水标准规定氟离子浓度不超过1.0mg/L。
[0004]目前水中氟离子的处理方法主要有沉淀法，离子交换法，反渗透法和吸附法，而吸附法具有操作简单，成本低廉，方便易得等优点，这使得吸附法适用于分散高氟水源中氟离子的去除，在众多氟离子脱除方法中最为有效。现有技术中已报导用氧化铝材料作为吸附剂处理水中氟离子，例如南京大学的许昭怡等(专利申请号200810020740.6)发明的一种负载镧的氧化物的氧化铝去除水中氟离子的方法中报导了稀土改性的氧化铝对于水中氟离子的去除，最大吸附量达到80.8mg/g，但工艺较为复杂，负载稀土提高了成本。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术缺点和不足，本发明目的在于提供一种薄片状氧化铝吸附脱除水中氟离子的方法。本发明采用纳米片状薄水铝石焙烧制备纳米片状氧化铝吸附剂，制备方法简单，可操作性强，且具有大比表面积和大孔体积，用于吸附氟离子具有较高吸附容量。
[0006]本发明所述的采用纳米片状氧化铝去除水中氟离子的方法为:
[0007]步骤一、制备纳米片状氧化铝:将纳米片状薄水铝石在400-800°C的温度下焙烧1-6h，得到纳米片状氧化铝，将其作为氟离子吸附剂；
[0008]步骤二、将纳米片状氧化铝分散到含氟离子水溶液中，在室温下搅拌反应l_12h，过滤，即去除掉溶液中的氟离子。
[0009 ] 步骤一优选在400-700 0C的温度下焙烧2_4h。
[0010]本发明所述的纳米片状薄水铝石的厚度小于1.5纳米。
[0011]本发明所述的纳米片状薄水铝石的制备方法为:将质量浓度为20-40%的偏铝酸钠溶液滴加到质量浓度为10-20 %的可溶铝盐溶液中至pH值为9-11，得到白色悬浊液;然后转移到高压釜中，在60-180°C下晶化6-30h;反应完成后将高压釜冷却至室温，得到的白色沉淀物用去离子水洗涤，在60-100°C下干燥得到纳米片状薄水铝石。
[0012]所述的可溶铝盐为硫酸铝。
[0013]将上述吸附氟离子的纳米片状氧化铝置于氢氧化钠溶液中进行脱附，脱掉吸附的氟离子，再用稀盐酸进行处理，使得纳米片状氧化铝可以再生重复多次使用。
[0014]本发明采用不易污染的硫酸铝和偏铝酸钠为原料制备纳米片状薄水铝石，并焙烧制得用作吸附剂的纳米片状氧化铝，其具有大比表面积和大孔体积，厚度小于2纳米，其表面能提供更多的铝与氟离子成键，对氟离子的吸附容量优于现有技术中报导的吸附材料。本发明的原料经济易得，制备工艺简单，绿色环保，可广泛用于水中氟离子的吸附脱除，吸附容量大，从而减少吸附剂用量，降低了运行成本。
【附图说明】
[0015]图1是本发明制备的纳米片状氧化铝XRD谱图。
[0016]图2是本发明制备的纳米片状氧化铝透射电镜图。
[0017]图3是对比例中山东铝厂生产的氧化铝透射电镜图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明进行详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够实施。
[0019]实施例1
[0020](I)称取60g质量浓度为15%的硫酸铝溶液于烧杯中，称取一定量20的％偏铝酸钠溶液于滴液漏斗中，机械搅拌情况下，将偏铝酸钠溶液滴加到硫酸铝溶液中，控制滴加终点pH为10.5;
[0021](2)将得到的悬浊液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在100°C下晶化20h，得到的沉淀用去离子水洗涤，在60°C条件下烘干，得纳米片状薄水铝石BI;
[0022]⑶将所得BI在600°C条件下焙烧2h，得到如图1所示的纳米片状氧化铝GA-1，其形貌如图2所示，测试其比表面积为656.8m2/g，厚度0.77nm，孔体积为2.09cm3/g;
[0023](4)以GA-1为氟离子吸附剂，称取0.02g，加入到100mL100mg/L氟离子溶液中，搅拌12h，过滤取滤液，用氟离子选择电极法测试并计算吸附后浓度为27.84mg/L，吸附容量为360.78mg/go
[0024]实施例2
[0025](I)称取80g质量浓度为10%的硫酸铝溶液于烧杯中，称取一定量30的％偏铝酸钠溶液于滴液漏斗中，机械搅拌情况下，将偏铝酸钠溶液滴加到硫酸铝溶液中，控制滴加终点pH为 9;
[0026](2)将得到的悬浊液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在180°C下晶化6h，得到的沉淀用去离子水洗涤，在70°C条件下烘干，得纳米片状薄水铝石B2;
[0027](3)将所得B2在500°C条件下焙烧6h，得到纳米片状氧化铝GA-2，测试其比表面积为373.3m2/g，厚度为1.35nm，孔体积为1.60cm3/g;
[0028](4)称取GA-2吸附剂0.5g，加入至IjlOOmL 100mg/L氟离子溶液中，搅拌lh，过滤取滤液，用氟离子选择电极法测试并计算吸附后浓度为4.41mg/L，吸附容量为19.12mg/g。
[0029]实施例3
[0030](I)称取40g质量浓度为20%的硫酸铝溶液于烧杯中，称取一定量40的％偏铝酸钠溶液于滴液漏斗中，机械搅拌情况下，将偏铝酸钠溶液滴加到硫酸铝溶液中，控制滴加终点pH为11;
[0031](2)将得到的悬浊液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在60°C下晶化30h，得到的沉淀用去离子水洗涤，在80°C条件下烘干，得纳米片状薄水铝石B3;
[0032](3)将所得B3在700°C条件下焙烧4h，得到纳米片状氧化铝GA-3，测试其比表面积为545.4m2/g，厚度0.92nm，孔体积为 1.76cm3/g ；
[0033](4)称取GA-3吸附剂0.02g，加入到100mL100mg/L氟离子溶液中，搅拌6h，过滤取滤液，用氟离子选择电极法测试并计算吸附后浓度为43.16mg/L，吸附容量为284.22mg/g。
[0034]实施例4
[0035](I)称取50g质量浓度为15%的硫酸铝溶液于烧杯中，称取一定量30的％偏铝酸钠溶液于滴液漏斗中，机械搅拌情况下，将偏铝酸钠溶液滴加到硫酸铝溶液中，控制滴加终点pH 为 10;
[0036](2)将得到的悬浊液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在120°C下晶化16h，得到的沉淀用去离子水洗涤，在70°C条件下烘干，得纳米片状薄水铝石B4;
[0037](3)将所得B4在600°C条件下焙烧2h，得到纳米片状氧化铝GA-4，测试其比表面积为533.4m2/g，厚度为0.95nm，孔体积为 1.84cm3/g ；
[0038](4)称取GA-4吸附剂0.lg，加入到lOOmLlOmg/1氟离子溶液中，搅拌lh，过滤取滤液，用氟离子选择电极测量溶液电位，根据氟离子电位-浓度标准曲线，计算吸附后浓度为0.16mg/L，吸附容量为9.84mg/g。
[0039]实施例5
[0040](I)称取50g质量浓度为18%的硫酸铝溶液于烧杯中，称取一定量25的％偏铝酸钠溶液于滴液漏斗中，机械搅拌情况下，将偏铝酸钠溶液滴加到硫酸铝溶液中，控制滴加终点pH 为 10;
[0041](2)将得到的悬浊液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在110°C下晶化20h，得到的沉淀用去离子水洗涤，在90°C条件下烘干，得纳米片状薄水铝石B5;
[0042](3)将所得B5在600°C条件下焙烧3h，得到纳米片状氧化铝GA-5，测试其比表面积为433.4m2/g，厚度为 I.16]1111，孔体积为1.970113/^;
[0043](4)称取GA-5吸附剂0.2g，加入到10mL 50mg/L氟离子溶液中，搅拌3h，过滤取滤液，用氟离子选择电极测量溶液电位，根据氟离子电位-浓度标准曲线，计算吸附后浓度为5.76mg/L，吸附容量为22.12mg/g。
[0044]对比例I
[0045](I)将山东铝厂生产工业拟薄水铝石PB在700°C条件下焙烧4h，得到氧化铝GPB，形貌如图3所示为颗粒状，测试其比表面积为190.3m2/g，直径8.3nm，孔体积为0.373cm3/g;
[0046](2)称取GI3B吸附剂0.5g，加入到10mL 100mg/L氟离子溶液中，搅拌6h，过滤取滤液，用氟离子选择电极测量计算吸附后浓度为8.75mg/L，吸附容量为18.25mg/g。
【主权项】
1.一种采用纳米片状氧化铝去除水中氟离子的方法，其特征在于，其具体操作步骤为: 步骤一、制备纳米片状氧化铝:将纳米片状薄水铝石在400-800°C的温度下焙烧l-6h，得到纳米片状氧化铝，将其作为氟离子吸附剂； 步骤二、将纳米片状氧化铝分散到含氟离子水溶液中，在室温下搅拌反应l_12h，过滤，即去除掉溶液中的氟离子。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中纳米片状薄水铝石在400-700°C的温度下倍烧2_4h。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本发明所述的纳米片状薄水铝石的厚度小于1.5纳米。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本发明所述的纳米片状薄水铝石的制备方法为:将质量浓度为20-40%的偏铝酸钠溶液滴加到质量浓度为10-20%的可溶铝盐溶液中至pH值为9-11，得到白色悬浊液;然后转移到高压釜中，在60-1800C下晶化6_30h ；反应完成后将高压釜冷却至室温，得到的白色沉淀物用去离子水洗涤，在60-100°C下干燥得到纳米片状薄水铝石。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的可溶铝盐为硫酸铝。
【文档编号】C02F1/28GK105858783SQ201610244896
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】宋家庆, 成瑶, 孙建川, 王旭辉, 徐向宇, 吕志
【申请人】北京化工大学