申请日2016.11.29
公开(公告)日2017.04.26
IPC分类号C02F1/28; B01J20/08; B01J20/28; B01J20/30; C02F101/14
摘要
本发明介绍了一种改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用，氧化铝为γ型，颗粒尺寸为1‑2mm;加入氧化铝质量5~20倍的0.2~0.4 mol/L的 NaOH溶液，改性时间为1‑2小时;过滤将固液分离洗涤;加入量为为氧化铝质量的5~20倍H2SO4溶液，H2SO4溶液的浓度范围是0.15~0.5 mol/L，改性时间为0.5‑2小时;固液分离，洗涤;不超过200烘干;500±30℃焙烧1.5‑2.5小时;将改性后氧化铝加入含氟的废水中，反应温度为30±25℃。本发明改性后活性氧化铝吸附氟离子效率是改性前的4倍左右，吸附容量大、吸附速率快;操作简单易行，适合工业化生产。
权利要求书
1.一种改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用，其特征是：包括如下工艺：
第一步：活性氧化铝的改性
活性氧化铝的NaOH改性：所述的活性氧化铝的晶形为γ型氧化铝，颗粒尺寸为1-2mm;
常温下，将普通氧化铝置于反应器中，加入普通氧化铝质量5~20倍的NaOH溶液，NaOH溶液的浓度范围是0.2~0.4 mol/L，低速振荡或者搅拌，改性时间为1-2小时;过滤将固液分离，加入去离子水洗涤若干次，直至洗涤水的pH值小于11为止;
H2SO4溶液二次改性：
在经过NaOH改性处理的氧化铝中加入H2SO4溶液，H2SO4溶液的质量为为氧化铝质量的5~20倍，H2SO4溶液的浓度范围是0.15~0.5 mol/L，改性时间为0.5-2小时;固液分离，洗涤至洗涤水的pH为大于3.5;
烘干：经过改性、中和、洗涤等处理过程的氧化铝需要在不超过200温度下进行烘干;
焙烧：烘干后的氧化铝进行焙烧，焙烧活化温度为500±30℃，时间为1.5-2.5 小时;
第二步：改性的活性氧化铝用于废水脱氟：
将改性后的活性氧化铝加入含有氟离子的废水中，反应温度为30±25℃。
2.根据权利要求1所述改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用，其特征是：所述的烘干温度为140-160 ℃，烘干时间为1.5-2.5小时。
3.根据权利要求1所述改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用，其特征是：所述的改性后的活性氧化铝的投加量为每(5~50)*104g氧化铝/mol氟离子。
4.根据权利要求1所述改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用，其特征是：所述的活性氧化铝的宏观状态为粉末、球状或者棒状。
说明书
一种改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用
技术领域
本发明涉及一种废水脱氟领域技术，特别是一种改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用。
背景技术
氟是人体必需的微量元素，适量的氟对机体牙齿、骨骼的钙化、神经兴奋的传导和酶系统的代谢均有促进作用。然而，氟过剩或者缺乏均可导致疾病的发生。长期饮用含氟质量浓度>1.0 mg/L的水时，容易患斑齿病，长期饮用含氟质量浓度>4.0 mg/L时，则可导致氟骨病。为了保证人类的健康，对高氟饮用水必须进行脱氟处理。活性氧化铝的多孔结构使其具有大比表面积，并且这些孔道内表面处于不稳定的过渡态，因而具有较大的活性。故采用活性氧化铝吸附交换法去除水中的氟离子是目前研究较多的一种方法。但是普通氧化铝的吸附容量有限，吸附速率也相对较慢，这在很大程度上限制了它在该领域的大规模使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用，提高了氧化铝对氟离子的吸附容量以及吸附速率。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：
一种改性活性氧化铝在废水脱氟中的应用，包括如下工艺：
第一步：活性氧化铝的改性
活性氧化铝的NaOH改性：所述的活性氧化铝的晶形为γ型氧化铝，颗粒尺寸为1-2mm;活性氧化铝的宏观状态为粉末、球状或者棒状;
常温下，将普通氧化铝置于反应器中，加入普通氧化铝质量5~20倍的NaOH溶液，NaOH溶液的浓度范围是0.2~0.4 mol/L，低速振荡或者搅拌，改性时间为1-2小时;采用NaOH溶液对活性氧化铝进行苛蚀改性以改变其孔道结构，溶解一部分的氧化铝，得到具有更大比表面积的氧化铝，从而提高活性氧化铝的吸附容量。
过滤将固液分离，加入去离子水洗涤若干次，直至洗涤水的pH值小于11为止;
H2SO4溶液二次改性：
在经过NaOH改性处理的氧化铝中加入H2SO4溶液，H2SO4溶液的质量为为氧化铝质量的5~20倍，H2SO4溶液的浓度范围是0.15~0.5 mol/L，改性时间为0.5-2小时;固液分离，洗涤至洗涤水的pH为大于3.5;
这一过程可以调节活性氧化铝表面暴露的Al3+和O2-数量，从而改变氧化铝表面的电荷，提高与F-结合的能力。
烘干：经过改性、中和、洗涤等处理过程的氧化铝需要在不超过200温度下进行烘干;
焙烧：烘干后的氧化铝进行焙烧，焙烧活化温度为500±30℃，时间为1.5-2.5 小时。
第二步：改性的活性氧化铝用于废水脱氟：
将改性后的活性氧化铝加入含有氟例子的废水中，反应温度为30±25℃。
具体的，所述的烘干温度为140-160 ℃，烘干时间为1.5-2.5小时。
具体的，所述的改性后的活性氧化铝的投加量为每(5-50)*104g氧化铝/mol氟离子。
原理说明：
本专利的技术方案，加入NaOH溶液的主要作用是改变氧化铝的表面结构，增大表面的结合位点，从而提高活性氧化铝的吸附能力;通过NaOH溶液和分子筛的反应，溶解出去一部分的氧化铝，得到具有更大比表面积的氧化铝。
用H2SO4溶液浸泡，可以调节氧化铝表面暴露的Al3+和O2-数量;通过从而改变氧化铝表面的电荷，提高与F-结合的能力。
NaOH溶液和H2SO4溶液与氧化铝的反应时间，可以做到既能防止氧化铝被过量反应，又可以达到改性的目的。反应时间过长或者NaOH溶液过高，氧化铝被过量反应，得到的氧化铝被消耗过大，最终的吸附氟离子效率反而降低;而H2SO4溶液过低或者过高，均难以达到相应的技术效果。
这些技术方案，包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。
改性之前的氧化铝BET表面积为298.38 m2/g，平均孔直径为5.29 nm。改性之后的氧化铝BET表面积为375.8 m2/g，平均孔直径为6.44 nm。与改性前的氧化铝相比，改性之后的活性氧化铝对于F-的脱除效率可提高4.8倍。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
1、本发明采用NaOH溶液改性、H2SO4溶液中和，改性方法简单易行，所用设备简单，成本低，周期短，有利于大规模生产。
2、本发明所制备的改性后活性氧化铝吸附氟离子效率是改性前的4倍左右。具有吸附容量大、吸附速率快的优点。
3、这种改性方法在很大程度上提高了氧化铝对氟离子的吸附容量以及吸附速率，而且操作简单易行，适合工业化生产。