[发明专利]氧化铁－氧化铝复合纳米除氟材料的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于化学分析测试仪器设备领域，涉及一种新型纳米氧化铁-氧化铝复合材料，将它作为去除水中氟离子的吸附剂，用来去除大体积饮用水中氟离子。

背景技术

本技术领域的背景和发展现状大致如下：氟广泛存在于自然水体中，我国生活饮用水卫生标准规定饮用水中氟化物的含量不应超过1.0mg/L。摄取过量的氟会损害人体健康，因此，开发高效、廉价、稳定的吸附剂对于含氟废水、高氟区含氟水和城市饮用水的深度除氟处理具有重要意义[1]。目前，国内外饮用水中的除氟方法很多，混凝沉降法[2]和吸附法[3-5]是研究与应用最多的两种除氟方法。铝盐混凝法是利用水中的F^-与Al³⁺形成络合物沉降而除氟的方法，药剂投加量少、成本低，适合于大量水处理；吸附过滤法的除氟机理主要有吸附、离子交换、络合作用等，比较适用于水量较小的饮用水深度处理。但现有的除氟剂均有各自的缺点，不同程度的存在除氟效率低，吸附性能衰减快，容易引起二次污染等问题。因此，开发一种吸附容量高，绿色环保的新型除氟剂迫在眉睫。近年来，纳米材料以其独特的物理化学性质，受到了人们的广泛关注[6]。纳米材料通常具有两大优点：一是表面积大，吸附容量大；二是路径短，平衡速度快。利用这些特点，可将纳米技术应用于环境样品的固相萃取和污水处理中污染物的去除。但在实际应用中，由于纳米颗粒粒径小，采取过柱或过滤的方法，存在阻力很大，流速慢，容易堵塞滤膜的缺点，不适合大体积的水样品的处理。近年来发展起来的磁性纳米材料，相比于其他纳米材料，一个突出的优势就是在外加磁场的条件下，能够很方便的实现萃取剂与底液分离，充分发挥了纳米材料吸附容量高的优势，大大提高去除效率。在纳米氧化铁的表面修饰上一层Al(OH)₃，水中的F^-与Al³⁺形成络合物沉降而除氟，兼得了铝盐混凝法和吸附法的优点，可方便的应用于快速去除大体积饮用水中氟离子。其去除机理为：

[Al(OH)₃]+xF^-→Al(OH)_3-xF_x+xOH^-

这一机理已被除F^-后体系pH值升高现象所证实，最有利于F^-与OH^-进行交换的环境是pH为6～7的微酸性体系，这也是多数氟离子交换剂的最佳pH范围[7-8]。有关这方面的文献可参见：

[1]N.Hamdi，E.Srasra Desalination 206(2007)238-244

[2]E.I.Reardon and Y.X.Wang，Environ.Sci.Tech.34(2000)3247-3253.

[3]P.M.H.Kau，D.W.Smith and P.Binning，Geoderma，84(1998)89-108.

[4]N.Azbar and A.Turkman，Water Sci.Tech.42(2000)403-407.

[5]E.Oguz，J.Hazard.Mater.117(2005)227-233.

[6]H.H.Yang，S.Q.Zhang，X.L.Chen，Z.X.Zhuang，J.G.Xu，X.R.Wang.Anal.Chem.76(2004)1361

[7]N.Parthasarathy，J.Buffle.et al.Can.J.Chem，1986，64(1)：24～30

[8]查春花张胜林夏明芳张林生[J]净水技术Vol.24No.62005

发明内容

本发明提供了一种用于去除饮用水中氟离子的新型纳米材料。可用于快速高效的去除大体积饮用水中的氟离子，处理过的水中的氟含量低于国家标准，该除氟剂具有制备简单、成本低廉、吸附容量高、去除速度快等优点。稳定性和重复性均能满足实际饮用水的除氟处理。