[发明专利]一种磁性多孔铁锆双金属复合助凝剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磁性多孔铁锆双金属复合助凝剂及其制备方法和应用，将硫酸锆、硫酸铁分散于纯水中，调节pH至弱碱性，加热条件下加入冰醋酸进行反应后获得水合铁/锆氧化物胶体溶液，水合铁/锆氧化物胶体溶液在高压高温氛围下反应得到目标产物。本发明合成工艺简单，制备得到的磁性多孔铁锆双金属复合助凝剂表面富含羟基、硫酸根活性基团和金属离子活性位点，在水体中以胶体形式存在，能够同时实现氟离子快速吸附和快速助凝两种功效。加入常规絮凝剂之后，胶体状态会立刻转变成絮体状态，最终沉降下来，实现水、泥快速分离，不对水体造成二次污染，使用后的磁性多孔铁锆双金属复合助凝剂通过浸泡、磁性回收、干燥可以再生利用。

技术领域

本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及一种磁性多孔铁锆双金属复合助凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

氟是自然界中普遍存在的一种微量化学元素之一，是维持动植物骨骼、牙齿生长所必需的物质，不可或缺。然而一旦过量地摄入氟离子会导致一系列疾病，如氟斑牙、氟骨症，以及肾脏、肝脏和大脑等的病变，引起免疫功能异常，严重时甚至危及生命。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)明确规定饮用水中氟含量要小于1.0mg/L。据统计，我国目前有5000多万长期将氟离子严重超标的水作为主要饮用水源，主要分布在华北、东北及西北等地区，集中在较偏远的农村地区，所在的省份主要有河南、河北、安徽、内蒙古和天津等。由于氟污染地域分散、环境复杂、存在形态多变、去除机理不明、处理难度大、成本高，整体氟污染处理技术基础仍较薄弱，致使我国饮用水中氟污染问题至今还未得到有效解决。因此，开发高效的氟污染处理材料和技术，具有重大的社会、经济和环境意义。

传统的饮用水中氟离子去除技术包括混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、离子交换法、电化学法等。相比其他技术，吸附法技术更加成熟、成本更加低廉、操作更加简单，因此吸附法在目前被广泛应用并被作为一种高效去除水中氟离子的技术。然而实际使用情况下，大部分吸附剂本身吸附容量较低、吸附速率较慢、吸附后难以从水体中分离，严重限制了其应用范围。

发明内容

针对现有技术存在的缺点与不足，本发明的目的是提供一种磁性多孔铁锆双金属复合助凝剂的制备方法，相比于铝类吸附材料铝易溶出造成二次污染的缺点，铁锆双金属复合助凝剂更加稳定，以胶体形式存在于水中，能够同时实现氟离子快速吸附和快速助凝两种功效，解决了传统吸附材料对氟离子吸附容量差、吸附速率低、易造成二次污染、难以从水体分离的问题，并且制备方法简单、易实现。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

步骤一、将硫酸锆、硫酸铁分散于纯水中，搅拌混合均匀得到混合液；

步骤二、向混合液中加入碱液调节其pH为碱性，得到铁/锆氢氧化物混合溶液；

步骤三、对铁/锆氢氧化物混合溶液进行加热，搅拌条件下加入冰醋酸，冰醋酸与铁/锆氢氧化物反应得到铁/锆氧化物胶体溶液；加入冰醋酸后，体系的碱性变弱接近中性，由于冰醋酸的低凝固点(16.6℃以下易凝固)，使得溶液体系胶体程度大大增加；

步骤四、将水合铁/锆氧化物胶体溶液放入高压反应釜中进行加热反应，反应结束后自然冷却；

步骤五、步骤四中冷却得到的产物经过分离、干燥、研磨成粉即得到磁性多孔铁锆双金属复合助凝剂。

作为优选的技术方案，步骤一中，所述硫酸锆与硫酸铁的摩尔比为(3-1):1。进一步优选的，硫酸锆与硫酸铁的摩尔比可以为3:1、2:1或1:1。

作为优选的技术方案，步骤二中，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述碱性溶液的pH值为7.5-9.0。

作为优选的技术方案，所述冰醋酸与硫酸铁的摩尔比为(20-5):1。进一步优选的，冰醋酸与硫酸铁的摩尔比可以为20:1、15:1、10:1或5:1。