[发明专利]一种壳聚糖铝铁复合吸附剂的制备方法、产品及应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体是涉及一种壳聚糖铝铁复合吸附剂的制备方法、产品及其在去除水中氟离子的应用。

背景技术

氟是人体牙齿及骨骼不可缺少的成分之一，少量氟可以促进牙齿珐琅质对细菌酸性腐蚀的抵抗力。为了防治龋齿，氟化物开始逐渐出现在饮用水、牙膏及各种食品饮料中。但当过量的氟化物长期积累于人体时,能导致骨骼中钙质减少，造成骨质松脆、牙齿脱落、关节僵硬甚至瘫痪。如果饮用水中氟离子浓度超过1.5mg/L时可能对人体健康不利，导致牙齿或骨骼氟中毒。因此，世界卫生组织（WHO）对饮用水中氟离子的浓度做了限定，适宜的氟离子浓度允许范围为0.5~1.0mg/L(Fluoride removal from water by chitosan derivatives and composites:A review，Miretzky P.,Cirelli A.F.,Journal of Fluorine Chemistry,2011,132,231-240)。

目前针对高氟饮用水的处理方法，主要有离子交换法、混凝沉淀法、电凝聚法、吸附法等方法。而吸附法在这些技术中，被普遍认为是一种经济有效的，环境友好的水处理方法。多种不同的吸附剂已广泛应用于含氟水的处理中，如活性氧化铝、钛铝土矿、合成树脂、锰氧化物涂层的氧化铝、碳纳米管等等(Preparation of Al-Ce hybrid adsorbent and its application for defluoridation of drinking water,Liu H.,Deng S.,Li Z.,Journal of Hazardous Materials,2010,179,424-430)。但传统的吸附剂对水中氟离子的吸附能力并不令人满意。因此，研究开发一种新的、具有较高成本效益的除氟吸附剂十分重要(Adsorption kinetics of fluoride on low cost materials,Fan X.,Parker D.J.,Smith M.D.,Water Research,2003,37,4929-4937)。

壳聚糖(Chitosan)，化学名为聚(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，是甲壳素部分脱乙酰化后得到的一种直链大分子生物多糖物质。壳聚糖分子表面含有大量的-OH、-NH₂活性基团，能和很多金属离子发生螯合作用，形成低廉且吸附性能优越的吸附性剂。

发明内容

本发明提供了一种壳聚糖铝铁复合吸附剂的制备方法，该方法步骤简单，制备成本低，通过对壳聚糖进行化合物的改性，制备得到的壳聚糖铝铁复合吸附剂环境友好，对含氟水中氟离子去除率高，吸附剂可回收利用，回收成本低。

本发明还提供了一种由上述方法制备得到的吸附剂以及该吸附剂在去除含氟水溶液中氟离子的应用方法，该方法操作简单，去除速度快，后处理简单，工艺成本低。

一种壳聚糖铝铁复合吸附剂的制备方法，包括：

（1）将壳聚糖溶解到浓度为0.1-0.2mol/L的氯化铝水溶液中，搅拌至少1小时，然后再加入浓度为0.10-0.2mol/L的氯化铁水溶液，搅拌至少1.5小时；

（2）向步骤（1）的混合体系中加入乙醇，待沉淀析出后过滤，洗涤；

（3）将步骤（2）洗涤得到的固体加入到戊二醛水溶液中，交联反应120-150分钟，交联反应过程中控制反应体系中戊二醛的重量百分比浓度为10-15%，交联反应完成后经离心、洗涤、烘干处理得到壳聚糖铝铁复合吸附剂。

上述制备方法的步骤（1）中，氯化铝与氯化铁中金属离子均为三价离子，壳聚糖-铝铁配合物中壳聚糖单体与Fe³⁺或Al³⁺大约以3：1的比例进行配位，所以，所述的壳聚糖与氯化铝、氯化铁的加入的摩尔比为6:1-2:1-2，氯化铝和氯化铁加入量太大，势必造成原料浪费，相反如果氯化铝和氯化铁加入量太小，也不利于Fe³⁺或Al³⁺的充分负载，制备得到的吸附剂的吸附效果达不到最优。