本发明属于吸附材料领域，具体涉及一种水体除氟氧化镁复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
全球高氟饮用水引起的地方性饮水型氟中毒日益严重。氟为人体必须的微量元素之一，但摄入的氟含量过高会引起氟中毒。
饮用高氟水导致的人体健康问题，主要集中在牙齿和骨骼的损伤（牙齿和骨骼氟中毒）、dna结构的改变（基因突变，出生缺陷）及促进某些疾病的发生（癌症，阿尔茨海默病，肾和神经损伤）等方面。因此，对含氟饮用水进行处理，使其达到饮用水的卫生标准一直受到科学界和政府相关部门的重视。目前所实施的除氟方法主要有沉淀法、吸附法、电渗析法、反渗透法、离子交换法等。其中，吸附法因具有除氟效果好，工艺成熟，设备简单，操作简便、安全，吸附材料种类多，成本低，对被处理水溶液的影响小等特点，成为研究最多的饮用水除氟技术之一。
吸附法最常使用的吸附材料是活性氧化铝吸附材料，活性氧化铝价格低廉原料广泛，但吸附容量低，在使用过程中铝组分易溶出，残留在水中的铝元素对人体的大脑和神经系统均会造成严重损害。因此，寻找活性氧化铝的替代吸附材料，成为许多学者研究的热点。国内外许多科学家通过实验证明氧化镁的除氟效率比等量氧化铝除氟效率高。氧化镁吸附材料的使用解决了水中铝元素对人体造成的二次伤害的问题。
氧化镁是一种绿色环保型的除氟吸附材料，因其较大的比表面积和孔隙率而具有较强的吸附能力，并且无毒无害，是一种值得推广应用的除氟吸附材料。但氧化镁为粉末态，在除氟的过程中活性组分流失极为严重，难以应用于实际情况。因此，将氧化镁进行附着固定成为克服这一缺陷的要点。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种水体除氟氧化镁复合材料的制备方法，该除氟材料的原料来源丰富、价格低廉、制备简单。其除氟效率较高，能满足对饮用水的除氟需求，具有广泛的实际应用前景。
为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容；
一种水体除氟氧化镁复合材料，其特征在于：它是由下述重量分数的原料组成：氧化镁30-50份、粘附剂0.1-20份、载体颗粒40-60份；其中的粘附剂为醋酸纤维素或聚苯乙烯；载体颗粒为活性炭、壳聚糖、硅藻土、玻璃微球或聚四氟乙烯。
本发明进一步公开了水体除氟氧化镁复合材料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）用溶剂将粘附剂溶解；粘附剂与溶剂的比例为1:5-1:30（w:v）；
（2）将载体颗粒加入粘附剂溶液中，搅拌、混合均匀；
（3）加入氧化镁，混合均匀。制成氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物；
（4）将氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物放置在烤箱中高温固化，温度为110-230℃，高温固化时间为10-180分钟得到氧化镁复合材料；优选氧化镁复合物高温固化所需温度为150-230℃，高温固化时间为20-180分钟。所述的溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或两种。其中两种的溶剂指的是：二甲基甲酰胺:四氢呋喃=4:6（v:v）混合溶剂。
本发明更进一步公开了水体除氟氧化镁复合材料在有效提高饮用水中f-的吸附率方面的应用。特别是水体除氟氧化镁复合材料在有效固化氧化镁减少其使用过程中的流失方面的应用。
在本发明中，可选择活性炭、壳聚糖、硅藻土、玻璃微球和聚四氟乙烯中的一种作为载体颗粒；以醋酸纤维素和聚苯乙烯中的一种为粘附剂。
在载体颗粒外包裹氧化镁，使氧化镁被有效地固化于载体颗粒表面，既大大减少了氧化镁在除氟过程中的流失，又有效发挥氧化镁除氟的吸附特性。在制备过程中，氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物在烤箱中经150-230℃高温固化20-180分钟，得到氧化镁复合材料。
本发明所述的氧化镁复合材料，在制备过程中所采用的都是对人体无害的物质，在处理高氟水时不会引起二次污染。
附图说明
图1为实施例1除氟效果的含氟溶液f-浓度对吸附率的影响；
图2为实施例2除氟效果的氧化镁复合材料的浸泡时间对吸附率的影响。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所用原料均有市售。
实施例1
一种水体除氟氧化镁复合材料，它是由下述重量分数的原料组成：氧化镁30份、粘附剂2份、载体颗粒40份；其中的粘附剂为醋酸纤维素；载体颗粒为活性炭。
制备方法：
（1）用溶剂将粘附剂溶解；粘附剂与溶剂的比例为1:5（w:v）；
（2）将载体颗粒加入粘附剂溶液中，搅拌、混合均匀；
（3）加入氧化镁，混合均匀。制成氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物；
（4）将氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物放置在烤箱中高温固化，温度为180℃，高温固化时间为30分钟得到氧化镁复合材料；所述的溶剂为丙酮。
【实施例1的除氟效果】
氧化镁复合材料在不同浓度含氟溶液中的除氟效果
将氧化镁复合材料装于滤纸袋中，浸泡于f-浓度分别为4.75、9.50、14.25、19.00mg/l含氟溶液中，氧化镁复合材料与含氟溶液之比为1:16（w:v）。吸附材料在含氟溶液中静置3h后，取1ml溶液进行氟离子浓度测定，得到除氟材料对f-的吸附率并对不同初始氟离子浓度的吸附效果进行评价。氧化镁复合材料对溶液中f-的吸附结果如表1和图1所示；
此次实验结果显示，在中、低f-浓度溶液中，该氧化镁复合材料在4.75~14.25mg/l浓度的含氟溶液中浸泡3h后，水中的氟离子浓度均可降低到1.0mg/l以下，可达到饮用水国家标准范围，满足饮用水要求。该氧化镁复合材料对氟离子吸附能力较强，除氟效果较好。
实施例2
一种水体除氟氧化镁复合材料，它是由下述重量分数的原料组成：氧化镁50份、粘附剂10份、载体颗粒60份；其中的粘附剂为聚苯乙烯；载体颗粒为壳聚糖。
制备方法：
（1）用溶剂将粘附剂溶解；粘附剂与溶剂的比例为1:30（w:v）；
（2）将载体颗粒加入粘附剂溶液中，搅拌、混合均匀；
（3）加入氧化镁，混合均匀。制成氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物；
（4）将氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物放置在烤箱中高温固化，温度为150℃，高温固化时间为20分钟得到氧化镁复合材料；所述溶剂为二甲基甲酰胺:四氢呋喃=4:6（v:v）。
【实施例2的除氟效果】
氧化镁复合材料在含氟溶液中的浸泡时间对除氟效果的影响
将氧化镁复合材料装于4个滤纸袋中，分别浸泡于4份f-浓度为9.5mg/l的含氟溶液中，氧化镁复合材料与含氟溶液之比为1:16（w:v）。4个氧化镁复合材料的浸泡时间分别为1.5h、2h、3h和4h，随后取1ml液体进行氟离子浓度测定，得到相应的吸附率。测定结果如表2和图2所示所示；
此次实验结果显示，随着氧化镁复合材料在9.5mg/l的含氟溶液中浸泡时间的延长，其对f-的吸附率逐渐增加，净化液中f-浓度逐渐降低。浸泡3h后，水中氟离子浓度达到0.49mg/l以下，低于国家饮用水标准水平1.0mg/l。
实施例3
一种水体除氟氧化镁复合材料，它是由下述重量分数的原料组成：氧化镁45份、粘附剂18份、载体颗粒55份；其中的粘附剂为醋酸纤维素；载体颗粒为硅藻土。
制备方法：
（1）用溶剂将粘附剂溶解；粘附剂与溶剂的比例为1:25（w:v）；
（2）将载体颗粒加入粘附剂溶液中，搅拌、混合均匀；
（3）加入氧化镁，混合均匀。制成氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物；
（4）将氧化镁-粘附剂-载体颗粒复合物放置在烤箱中高温固化，温度为230℃，高温固化时间为150分钟得到氧化镁复合材料；所述的溶剂为丙酮。
【实施例3的除氟效果】
氧化镁复合材料中氧化镁的固化效果及多次使用除氟率的改变
将氧化镁复合材料放于滤纸袋中，浸泡于f-浓度为9.5mg/l的含氟溶液，氧化镁复合材料与含氟溶液之比为1:16（w:v）。浸泡3h后，取1ml溶液测量氟离子浓度。随后用去离子水冲洗滤纸袋，重复上述操作2次，分别计算氧化镁复合材料每次使用的吸附率。探究该吸附材料中粘附剂对氧化镁的固化效果，以及多次使用的吸附率变化。结果如表3所示：
该氧化镁复合材料在多次使用过程中，氧化镁基本未出现流失情况，粘附剂对氧化镁的固化效果较好。
此次实验结果显示，随着氧化镁复合材料重复使用次数的增多，吸附材料对f-的吸附率呈轻度下降的趋势，但均处于较高水平。