[发明专利]一种碳掺杂氢氧化镁晶须负载稀土金属除氟材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳掺杂氢氧化镁晶须负载稀土金属除氟材料的制备方法，包括：将煤制油残渣粉碎后在惰性气体保护下在1000～1500℃下煅烧4～8h，得到碳材料；制备氢氧化镁晶须；将上述得到的碳材料、氢氧化镁晶须和钛酸二甲酯按照质量比为1：(1～3)：(0.1～0.5)的量混合均匀，首先将混合物在40～80℃水浴加热30min，然后在400～800℃下高温煅烧2～4h后冷却至室温，然后将产物置于浓度为6～10mol/L稀土金属的盐溶液浸泡4～6天，取出，用去离子水洗涤2～3次，干燥，即得碳掺杂氢氧化镁晶须负载稀土金属除氟材料。根据本发明的方法得到的除氟材料除氟率高，可达99.99％，效果明显。

技术领域

本发明属于除氟材料技术领域，具体涉及一种碳掺杂氢氧化镁晶须负载稀土金属除氟材料的制备方法。

背景技术

氟是地球表面分布最广的元素之一，在组成地壳的各种元素中含量居第十六位，占地壳总量的0.077％，为自然界中固有的化学物质；在元素周期表中位于第二周期、第ⅦA族，元素符号为F，原子序数为9，原子量为19.0，电子构型为2S²2P⁵，电负性高达4.0，居所有元素的首位，地球化学电价为-1，共价半径为64pm，离子电位为-0.75，Ek值为0.37(-1)。可见氟是一种电负性极强的非金属元素，对电子亲和能力强，在所有的非金属元素中其非金属性最强，化学性质活泼，容易以化合态形式存在，因此自然界中不存在氟单质，大都以无机化合物的状态存在。

适量的氟有一定的防治龋齿功效，是体内维持骨骼正常发育必不可少的成分。然而过量的氟摄入会影响人体钙和磷的吸收，引起氟骨病、氟斑齿等氟中毒症状。过多氟摄入也会对神经系统、内分泌系统和棉衣功能产生不良的影响，造成大脑损伤、老年痴呆等疾病。我国高氟地下水分布广泛，遍布27个省、市级自治区，尤其华北、西北地区最为严重。世界卫生组织建议饮用水中氟化物的浓度不超过1.5mg/L，我国现行的饮用水标准规定氟化物不超过1.0mg/L。截至目前，国内外对如何处理含氟饮用水进行了大量的科学研究工作。

常用的去除含氟饮用水中氟离子的方法有：吸附法、离子交换法、沉淀法、膜过滤法、电絮凝法和电渗析法等。

吸附法操作简便，应用最为广泛。最常用的除氟剂为活性氧化铝和活性炭。吸附法对含氟饮用水中的氟离子去除率可达到90％以上，且来源广泛，成本低，因此使用范围较广，但也存在如下缺点：①吸附过程高度依赖环境酸度，通常要求pH范围为5.0～6.0；②引入的硫酸盐、磷酸盐或碳酸盐与氟离子之间存在竞争关系，不利于吸附；③吸附容量低、机械强度低且需要预处理；④使用4～5个月后需要再生，而每次再生都会影响吸附容量；⑤清理含氟烂泥以及再生剂同样存在问题。

离子交换法是通过利用含四元氨基基团的阴离子交换树脂与氟离子发生交换，直到替代完树脂上所有可替代的位点为止，然后用水回流的方式进行清洗，再用新的氯离子替代氟离子实现树脂的重复利用，氟离子替代氯离子的动力是由氟离子的电负性提供的。离子交换法吸附百分比可达到90～95％，且能最大程度地保留原水的色泽和味道。主要缺点包括：①当水体中存在硫酸根、碳酸根、磷酸根或碱性物质时，会降低吸附百分比；②重复利用时会产生富含氟化物的废弃物，在最终处理前还需进行治理；③使用树脂成本较高，预处理需要维持一定的酸度，再生和处理废弃物也会增加成本；④处理过的水体pH较低且氯离子含量较高。

沉淀法最常用的是投加钙盐、铝盐、铁盐等作为沉淀剂或混凝剂，此法操作简单、成本低廉，但在沉淀过程中产生大量的污泥带来了二次污染。电化学法无需添加化学药剂、除氟设备简单、可实现自动控制，但耗电量大，且电极电解产生的氧化铝复合物在阳极表面容易形成薄膜，导致电极钝化。膜分离技术除氟对原水水质要求较高，若水质差，会导致膜收污染而堵塞，影响使用寿命，此外，膜价格和设备费用较高。离子交换法对溶液中氟离子的选择性较差。