專利名稱：一種利用微波改性活性氧化鋁提高水中氟吸附能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理過程中的除氟吸附劑的優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。方法簡單、安全，可實施性強，成本低廉，適用于實驗室操作，可進一步探索工業(yè)化生產(chǎn)條件。
背景技術(shù)：
我國生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)規(guī)定飲用水中含氟量不得超過lmg/L。人體長期飲用高氟水會弓I起氟中毒，表現(xiàn)為氟斑牙、氟骨癥。吸附法除氟是目前水處理除氟過程應(yīng)用最廣泛的方法，吸附劑主要有活性氧化鋁、骨炭和沸石，其中，活性氧化鋁以其優(yōu)良的吸附容量和機械性能得到廣泛應(yīng)用。普通的工業(yè)活性氧化鋁除氟容量有限，經(jīng)過一定的方法對它進行改性，可以大大提高其除氟性能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王鵬(專利申請?zhí)?00410013583.8)，武漢科技大學(xué)的張惠靈等(專利申請?zhí)?00710052639.4)，將工業(yè)氧化鋁與微波工藝結(jié)合，改善其催化性能。清華大學(xué)的李振瑜、孫青等，利用微波法在實驗室制備活性氧化鎂，靜態(tài)除氟容量為13.11-13.29mg/g(李振瑜，等.微波輻射法制備活性氧化鎂除氟劑的實驗研究[J]，無機鹽工業(yè)，2009,11(4):11-14)。目前，在水處理領(lǐng)域，關(guān)于利用微波改性活性氧化鋁以提高其除氟性能的文獻報道還很少見。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、易于實施、造價低廉、生產(chǎn)周期短的活性氧化鋁改性方法，以提高其吸附水中氟離子的能力。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，活性氧化鋁的改性方法如下:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL純凈水中，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為150rpm，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到純凈水浸潰-微波改性活性氧化鋁?；蛘卟襟E為:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為0.5-6mol/L的NaCl溶液中，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為150rpm，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg用I或2mol/L NaCl溶液處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到NaCl浸潰-微波改性活性氧化鋁?；蛘卟襟E為:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為lmol/L的NaCl溶液中，放入水浴中加熱3h，水浴溫度為40°C、60°C、80°C ;b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg 80°C處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到NaCl水浴-微波改性活性氧化鋁。所使用的微波爐型號為美的KJ23C-AN2。儀器具體參數(shù)為:額定輸入功率1300W，微波輸出功率800W，微波工作頻率2450MHz，燒烤功率1000W。本發(fā)明中采用微波爐高火檔。優(yōu)選方法為:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為2mol/L的NaCl溶液中，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6_7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到2mol/LNaCl浸潰-微波改性活性氧化鋁?；钚匝趸X是一種多孔的白色球狀物質(zhì)，比表面積大，具有缺陷晶格。在工業(yè)上，常被用于催化劑、脫色劑、干燥劑等。水處理領(lǐng)域，活性氧化鋁是應(yīng)用最廣泛的除氟劑。其除氟原理通常被認(rèn)為兩個方面:一是巨大的表面積，特具的孔道內(nèi)表面；二是晶格缺陷。通?？捎娩X鹽、鐵鹽、錳鹽對其進行改性，但成本頗高，并且可能導(dǎo)致重金屬二次污染的問題。本發(fā)明中使用了 NaCl對活性氧化鋁進行改性，獲得一定的效果，然后使用微波爐對其進一步改性。通過試驗數(shù)據(jù)可知，使用微波改性能提高活性氧化鋁對氟的吸附量。其中除氟效果最好的是組合“2mol/L NaCl浸潰-微波改性活性氧化鋁”，活性氧化鋁經(jīng)過改性，其3h吸附量可提高89.6 %，24h吸附量可提高48.5 %;除氟效果次之的是組合“ lmol/L NaCl，80 V水浴-微波改性活性氧化鋁”，其3h吸附量可提高69.2%，24h吸附量可提高42.2%。


圖1為不同改性方法下活性氧化鋁對氟的吸附量對比。其中，實施例1-13主要改性過程說明如下:I——微波 IOmin ;2-0.5mol/L NaCl，震蕩 24h ；3-lmol/L NaCl，震蕩 24h ;4-2mol/L NaCl，震蕩 24h ;5-4mol/L NaCl，震蕩 24h ;6-6mol/L NaCl，震蕩 24h ;7-lmol/L NaCl，震蕩 24h，微波 IOmin ；8-2mol/L NaCl，震蕩 24h，微波 IOmin ；9-lmol/L NaCl，4(TC水浴 3h ；10-lmol/L NaCl，6(TC水浴 3h ；11-lmol/L NaCl，8(TC水浴 3h ；12-lmol/LNaCl，80°C水浴 3h，微波 IOmin ；13——無特殊改性措施。
具體實施例方式實施例1一種微波改性活性氧化鋁的方法:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL純凈水中，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為150rpm，30°C下震蕩24h ;b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到純凈水浸潰-微波改性活性氧化鋁。實施例2一種NaCl改性活性氧化鋁的方法:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為0.5mol/L的NaCl溶液中，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為150rpm，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6_7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取出，常溫冷卻，即得到0.5mol/L NaCl浸潰改性活性氧化招。實施例3一種NaCl改性活性氧化鋁的方法:除用lmol/L NaCl溶液代替實施例2中的0.5mol/L的NaCl溶液外，其他與實施例2相同。實施例4一種NaCl改性活性氧化鋁的方法:除用2mol/L NaCl溶液代替實施例2中的0.5mol/L的NaCl溶液外，其他與實施例2相同。實施例5一種NaCl改性活性氧化鋁的方法:除用4mol/L NaCl溶液代替實施例2中的0.5mol/L的NaCl溶液外，其他與實施例2相同。實施例6一種NaCl改性活性氧化鋁的方法:除用6mol/L NaCl溶液代替實施例2中的0.5mol/L的NaCl溶液外，其他與實施例2相同。實施例7一種NaCl-微波改性活性氧化鋁的方法:取實施例3處理過的活性氧化鋁10g，均勻鋪在培養(yǎng)皿上，微波爐高火加熱10分鐘。實施例8一種NaCl-微波改性活性氧化鋁的方法:取實施例4處理過的活性氧化鋁10g，均勻鋪在培養(yǎng)皿上，微波爐高火加熱10分鐘。實施例9一種水浴加熱改性活性氧化鋁的方法:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為lmol/L的NaCl溶液中，放入水浴中加熱3h，水浴溫度為40V ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ;c.取IOg 80°C處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到NaCl水浴-微波改性活性氧化鋁。實施例10—種水浴加熱改性活性氧化鋁的方法:除用60°C代替實施例9中的40°C外，其他與實施例9相同。實施例11—種水浴加熱改性活性氧化鋁的方法:除用80°C代替實施例9中的40°C外，其他與實施例9相同。實施例12一種NaCl水浴-微波改性活性氧化鋁的方法:取實施例11處理過的活性氧化鋁10g，均勻鋪在培養(yǎng)皿上，微波爐高火加熱10分鐘。實施例13未改性的活性氧化鋁準(zhǔn)備方法:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL純凈水中，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為150rpm，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取出，常溫冷卻，即得到純凈水-微波改性活性氧化鋁。驗證實驗:用具體實施例1-13準(zhǔn)備的活性氧化鋁進行含氟廢水實驗，步驟如下。1、實驗儀器華利達HZ-2111KB恒溫振蕩器(江蘇太倉華利達實驗設(shè)備有限公司)、電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)、鳳凰F001508型氟離子選擇電極(美國VanLondon-pHoenix)、哈納 HI98185A 型 pH/ORP/ISE 儀(意大利 HANNA)2、實驗材料實施例1-13的活性氧化鋁、10mg/L的含氟水(以F-計，將IOOOppm的KF標(biāo)準(zhǔn)儲備液，稀釋得到)、TISAB 1(將 230mL 醋酸、232g NaCl、16g CDTA、150g NaOH 定容至 4L，并用 5mol/L NaOH 調(diào)節(jié) pH 為 5.25)3、實驗步驟稱取Ig活性氧化鋁，置于200mL的塑料瓶中，加入100mL10mg/L含氟水，置于搖床中30°C恒溫震蕩，于反應(yīng)開始后3h和24h取樣，測定其中F-濃度。按照下式計算活性氧化招對氟的吸附量qt (mg/kg):qt = (C0-Ct) V/m其中，C0——反應(yīng)前溶液中F-濃度，為10mg/LCt——t時刻溶液中F-濃度，單位為mg/L
V——溶液體積，為0.1Lm-吸附劑質(zhì)量,為0.0Olkg故上式可寫為:qt = (IO-Ct) X 100qt:mg/kg4、實驗結(jié)果各種改性活性氧化鋁的吸附量對比如圖1所示。從圖1可以看出，使用了微波改性的實施例1、8、12號方法，所得改性活性氧化鋁吸附F-效果最佳，并結(jié)合表1，可以看出，3h吸附量提高分別為66.9%、89.6%、69.2%。因此，改性實施例8為最佳實施方案，8或12均可作為備選方案。表I活性氧化鋁改性后除氟吸附量的對比
權(quán)利要求
1.一種微波改性活性氧化鋁的方法，其特征在于它的改性步驟為:a.按固液比1: 2將活性氧化鋁浸潰于純凈水或NaCl溶液中，常溫下中速震蕩24h或水浴加熱3h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，120°C下烘干24h ；c.將處理后的活性氧化鋁均勻鋪在玻璃器皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到微波改性活性氧化鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波改性活性氧化鋁的方法，其特征在于制備步驟的具體參數(shù)為:a.稱取50g粒徑為l-3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL純凈水中，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為150rpm，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6_7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h;c.取IOg處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到純凈水浸潰-微波改性活性氧化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波改性活性氧化鋁的方法，其特征在于制備步驟的具體參數(shù)為:a.稱取50g粒徑為l-3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為0.5-6mol/L的NaCl溶液中，放入搖床中，設(shè)置轉(zhuǎn)速為150rpm，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg用l-2mol/L NaCl溶液處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到NaCl浸潰-微波改性活性氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波改性活性氧化鋁的方法，其特征在于制備步驟的具體參數(shù)為:a.稱取50g粒徑為l_3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為lmol/L的NaCl溶液中，放入水浴中加熱3h，水浴溫度分別為40°C、60°C、80°C ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg 80°C處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到NaCl水浴-微波改性活性氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的微波爐型號為美的KJ23C-AN2，儀器具體參數(shù)為:額定輸入功率1300W，微波輸出功率800W，微波工作頻率2450MHz，燒烤功率1000W。本發(fā)明中采用微波爐高火檔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的利用微波改性活性氧化鋁的方法，其特征在于它的優(yōu)選方法為:a.稱取50g粒徑為l-3mm的工業(yè)活性氧化鋁，按固液比1: 2，浸潰于IOOmL濃度為2mol/L的NaCl溶液中，30°C下震蕩24h ；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6_7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，置于烘箱中，120°C下烘干24h ；c.取IOg處理后的活性氧化鋁均勻鋪在培養(yǎng)皿中，置于微波爐中高火加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到2mol/L NaCl浸潰-微波改性活性氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用微波改性活性氧化鋁的方法，以提高活性氧化鋁吸附水中氟離子的性能。改性方法如下a.按固液比1∶2將活性氧化鋁浸漬于1-2mol/L的NaCl溶液中，常溫下中速震蕩24h或高溫(≥80℃)水浴3h；b.取出后用純凈水反復(fù)沖洗6-7次，直到無乳白色懸浮物出現(xiàn)，120℃下烘干24h；c.將處理后的活性氧化鋁均勻鋪在玻璃器皿(厚度≤6mm)中，置于微波爐中高火(微波輸出功率800W)加熱10分鐘；d.取出，常溫冷卻，即得到微波改性活性氧化鋁。本發(fā)明的改性方法，操作簡單、安全，造價低廉，周期短，效果明顯。
文檔編號B01J20/32GK103120926SQ201110370230
公開日2013年5月29日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者胡正義, 黃麗娟, 盧佳, 王金枝, 王惠惠, 朱春游, 劉小寧, 溫國期, 孟憲超, 周國慧, 朱曉琦, 琚宜文, 吳建光 申請人:中國科學(xué)院研究生院, 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司