[发明专利]一种天然矿物负载型纳米除氟剂的制备方法

说明书

 

背景技术

氟是人体所必须的微量元素之一，但人体日摄氟量过大时，将导致地方性氟病。长期饮用高氟水，将导致氟中毒，引发氟斑牙和氟骨病，轻则引起牙齿变质、脱落，重则造成骨质硬化或骨质疏松，甚至瘫痪，导致人丧失劳动能力。根据卫生部的调查显示，地方性氟中毒在我国分布极为广泛，绝大部分省份都有地方性氟中毒存在。因此，有效控制和去除水体中的氟是关系到环境及人类健康的重要课题。

我国地方性氟中毒主要分为三种：一种是饮水型氟中毒，这是病区分布最广、患病人数最多的一种类型，主要分布于淮河—秦岭—昆仑山以北的广大地区。第二种是燃煤污染型氟中毒，主要分布于云南、贵州、四川、湖南、湖北、广西、重庆等南方各省区。第三种是饮茶型氟中毒，分布病区较小，人数也比较少。由此可见饮水型氟中毒占很大的比例，氟中毒的分布范围和危害性都很大。目前主要降氟方法有离子交换法、吸附法、电渗析法及反渗透法等。其中吸附法是近年来水处理工艺中采用较为普遍的方法，具有使用简便、经济、稳定等特点。

吸附法中目前常用的吸附材料有活性炭、骨碳（羟基磷酸钙）及活性氧化铝等。其中活性炭具有较大的比表面积，但其孔径也比较大，氟离子进入孔穴后，很难被吸附到活性炭的孔穴中。因此活性炭对氟离子吸附量非常低，且不能再生，吸附饱和后，只能丢弃，运行成本相当高。羟基磷酸钙对氟有一定的吸附效果，但也存在不足：一是材料价格高；二是强度差，易破碎；三是运转复杂，管理难度非常高，尤其是再生时，再生液浓度控制不好，会造成材料破碎失效，这些缺点使其应用受到限制。活性氧化铝是目前世界上用得最多的一种除氟剂，我国有50%左右的除氟装置采用活性氧化铝，但经过多年实践证明，该法也存在下述几个不足，一是连续运行时间短，很容易出现假疲劳，运行4～6小时后要间断同样时间恢复疲劳；二是再生时间长，再生复杂，管理复杂。如用硫酸铝再生，再生时间需要24小时以上；如用氢氧化钠再生，虽然时间缩短，但需使用盐酸中和，另外，由于铝是溶于酸的，稍不注意铝就被酸溶解而进入水中。因此管理要求非常高，工艺繁多，不易操作；三是滤料易出现板结现象，使布水与集水不均匀，严重影响使用寿命，特别是使用一段时间后，滤料基本板结在处理罐内，不但完全失效，而且滤料和罐体形成一体无法分离，造成罐体报废。四是每次再生后吸附容量都会下降，导致其使用寿命短，一般不超过一年，总体的使用成本高。因此开发对氟离子具有良好吸附能力的水处理材料具有重要意义。

纳米材料因其尺度小、比表面积大、吸附能力强等优点而在含氟水处理中受到广泛重视。然而在实际应用中，由于纳米材料多是细微粉末，当被投入水中时，这些细微颗粒很容易团聚而失活，从而导致吸附性能下降。并且，水处理后需要固液分离从而增加成本。此外，在实际使用中，纯的纳米材料难以回收和重复利用，一旦回收不彻底，将导致吸附了氟的纳米材料保留在水中，造成二次污染。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种天然矿物负载型纳米除氟剂的制备方法，有效地提高了对水中氟的吸附能力，同时避免了纳米材料团聚失活与二次污染水体的问题。

本发明所采用的技术方案：

一种天然矿物负载型纳米除氟剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）高温活化处理：将粒径为1-3mm的天然沸石进行高温处理；

（2）酸活化处理：将高温活化处理后的沸石按质量体积比为1：1-2.5 kg/L加入到酸溶液中进行酸活化处理，然后洗涤至pH值为6-7，再过滤、干燥；

（3）碱活化处理：将（2）中干燥的沸石按质量体积比为1：1-2.5 kg/L加入到碱溶液中进行碱活化处理；然后洗涤至pH值为7-8，再过滤、干燥；

（4）金属盐反应：将（3）中干燥的沸石按质量体积比为1：1-3 kg/L加入到金属盐溶液中反应12-48小时；然后调溶液pH值为5-6后，再经洗涤、过滤、烘干得天然矿物负载型纳米除氟剂。

进一步，所述步骤（1）中高温处理的温度为400-1000℃、时间为3-20小时。

进一步，所述步骤（2）中酸溶液为硫酸或盐酸中至少一种溶解于去离子水中形成的浓度为2-15%的酸溶液；所述酸活化处理时间为6-48小时。

进一步，所述步骤（3）中碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的至少一种溶解于去离子水中形成的浓度为2-18%的碱溶液；所述碱活化处理时间为6-48小时。

进一步，所述步骤（4）中金属盐溶液中金属离子的浓度为0.3-5mol/L；所述金属离子为铝盐、铝盐和铁盐的混合盐或铝盐和镁盐的混合盐；