[发明专利]一种高效电促吸附除氟吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及除氟领域，具体地，本发明涉及一种高效复合型电促除氟吸附剂。

背景技术

氟是人体内必须的微量元素之一。人体适量氟的摄入能使骨、牙坚实，减少龋齿发病率，还对神经系统的兴奋性传导、钙磷代谢、甲状旁腺功能、细胞酶系统以及生殖过程都有裨益。但是，摄入过量的氟，也会产生各种中毒症状，长期摄入过量的氟化物还有致癌、致畸效应。因此，控制氟的摄入量对人体健康具有重要意义。

几乎所有的天然水中都含有氟离子，饮用水是人体摄入氟的最大来源，中国也是世界上饮水型地方性氟中毒流行最广、危害最严重的国家之一。对于高氟饮用水，在使用前都须进行除氟处理。目前吸附法是处理高氟饮用水的主要方法之一。有研究表明有研究表明，稀土、锆、钛、铝、镁等多价水合金属氧化物具有独特的亲氟能力，可用作除氟材料，但是存在吸附材料用量较大、单位质量除氟容量较低、吸附能力损失较大、容易造成二次污染等问题。

电吸附是目前除盐领域的一个“新技术”，原水在阴阳电极之间流动，通电时水中离子将分别向带相反电荷的电极迁移并被该电极吸附在电极表面，达到富集浓缩，使通道水中的溶解盐类、胶体颗粒及其他带电物质的浓度降低，从而实现了水的除盐、去硬度及净化。目前对电吸附的研究多集中于二维电极板材料研究方面，但成本较高。60年代末期，Bickhuxst提出了三维电极/三元电极，在传统的二维电解槽电极间装填粒状或其它碎屑状电极材料，在通电的情况下使装填的粒子电极材料表面带电成为系统中新的一极(第三极)，有利于提高电极的比表面积，改善物质传质效果，提高电流效率。对于颗粒电极的研究多集中于电化学降解有机污染、回收水体中污染金属等领域，其吸附效果仍然有限，有待进一步提高。

因此，目前上述两种除氟方法在除氟效果和工业应用方面都存在缺陷，有待改善。

本发明首次利用金属氧化物的高氟吸附容量，通过添加高导电性能的介质，制备具有高氟吸附能力利用率和高导电性能的粒子电极吸附材料，结合电极对离子的迁移和富集作用，提供一种复合型的电促除氟吸附剂。

发明内容

本发明的发明人为了解决上述问题提出并完成了本发明。

本发明的目的是提供一种金属氧化物/导电材料/分散剂复合型高效电促吸附除氟吸附剂。

本发明的再一目的是提供一种制备上述复合型高效电促吸附除氟吸附剂的方法。

根据本发明的复合型高效电促吸附除氟吸附剂包括所述吸附剂包括活性金属氧化物、导电材料与分散剂。

根据本发明的复合型高效电促吸附除氟吸附剂包括活性金属氧化物、导电材料与分散剂。

本发明的发明人经试验发现由活性金属氧化物、导电材料混合制备的吸附剂会产生协同增效的电促除氟效果。

根据本发明得到复合型电促除氟吸附剂除氟的原理基于：在反应体系阴阳两极通入直流电的情况下，与阳极接触的每一个导电粒子都是一个微阳极，含氟溶液中氟离子在电场和粒子界面双电层的吸附作用下，迁移富集于复合吸附剂周围，局部氟离子浓度增大，在这个过程中完成对氟离子的去除。其作用和特点在于，一方面，从传统的电吸附技术角度，粒子电极增加了阳极与溶液中氟离子的接触面积，增强粒子电极双电层对氟的吸附能力；另一方面，氟离子的富集促进复合材料中金属氧化物对氟的吸附，即在电场的作用下，运用电场和离子双电层富集氟离子的作用，提高金属氧化物周围环境中氟离子的浓度，促进金属氧化物对氟离子的吸附，从而产生了“电促”效果，提高系统中单位质量的复合型电促除氟吸附剂对氟离子的吸附量。

根据本发明的高效复合型电促除氟吸附剂，其中所述活性金属氧化物为具有独特的亲氟能力，可用作除氟材料的金属氧化物，现有技术中已知的具有吸附氟离子性能的金属氧化物都适于本发明，如，稀土金属氧化物、水合羟基氧化锆、活性氧化铝、活性氧化镁、和/或活性氧化钛。

根据本发明的高效复合型电促除氟吸附剂，其中所述导电材料为本领域现有的具有导电性能可以用作电极的材料，如碳黑、导电石墨、导电碳纤维、和/或导电膨胀石墨。其中导电碳黑比表面积为60-3000m²/g，粒径≤100nm，电阻率≤2.5Ω·m；导电碳纤维电阻率≤2.5μΩ·m，纤维直径≤10μm；导电石墨超细导电石墨，电阻率≤50μΩ·m；导电膨胀石墨常温下电阻率≤20μΩ·m。碳黑一种无定形碳，轻、松而极细的黑色粉末，结构性高，容易形成空间网络通道，比表面积非常大，单位质量颗粒多，有利于在聚合物中形成链式导电结构，而且粒径分布宽的碳黑粒子比分布窄的碳黑粒子更能赋予聚合物或者其他不导电物导电性。