由表面活性劑參與改性的茶渣生物除氟劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將茶渣進行改性制得的茶渣生物除氟劑、該茶渣生物除氟劑的制備方法及該茶渣生物除氟劑在飲用水中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]氟(Fluorine)是地球表面第13個最豐富的天然元素，廣泛存在于自然界中。在日常飲食中攝入適量的氟有助于預(yù)防齲齒，強化骨骼；但是，長期攝入高劑量的氟會對人體健康產(chǎn)生不良影響，如氟斑牙和氟骨癥，甚至可能會降低人的生育能力，降低兒童智力，增加骨折、尿路結(jié)石(腎結(jié)石)、甲狀腺功能減退等疾病的風(fēng)險。中國是世界上地方性氟中毒病區(qū)(地氟病區(qū))分布最廣、危害最嚴(yán)重的國家之一。我國地氟病區(qū)可分為飲水型、煤煙污染型、飲茶型和混合型等幾種病區(qū)，其中以飲水型氟病區(qū)為最嚴(yán)重。全國有1135個飲水型地方性氟中毒病區(qū)縣，受影響的氟病區(qū)村總?cè)丝跀?shù)達(dá)8851.7萬人。
[0003]目前為止，地方性氟中毒尚無有效的治療方法。而采用理化降氟手段來降低飲用水氟含量是飲水型氟病區(qū)預(yù)防氟中毒的主要措施之一。其中吸附法操作簡便，應(yīng)用最為廣泛。傳統(tǒng)的除氟吸附劑吸附能力低、PH適用范圍窄、吸附后有殘留會造成二次污染。近年來，生物材料作為一種新興的吸附劑具有原料來源廣泛、吸附效率高、環(huán)境友好、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。
[0004]茶樹是一種氟超富集植物，葉片是其主要的富集部位，其氟含量與成熟度呈顯著正相關(guān)。黑茶的原來是粗老葉片，其氟含量可達(dá)上千個mg/kg，遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)300mg/kg。在我國的西北部，因飲用黑茶而攝入過量的氟導(dǎo)致的氟斑牙和氟骨病有大量的報道。速溶茶是茶提取物的深加工產(chǎn)品，其原料也是粗老葉片，目前在國家標(biāo)準(zhǔn)中，還沒有專門關(guān)于速溶茶中氟的限量標(biāo)準(zhǔn)，但是其健康風(fēng)險不容忽視。
[0005]2012年中國茶園種植面積達(dá)到227.8萬公頃，茶葉產(chǎn)量178.98萬噸，種植面積和茶葉產(chǎn)量均居世界第一。與此同時，我國速溶茶、茶飲料、茶多酚等深加工產(chǎn)品大量開發(fā)生產(chǎn)，每年產(chǎn)生的茶渣達(dá)到1.6億公斤，茶渣廢棄物處理日益成為一個生態(tài)環(huán)境問題。茶渣的任意處置不僅造成環(huán)境污染，而且也浪費了巨大的生物資源。近年來，如何開發(fā)利用茶渣廢棄物，已成為近年來的研宄熱點。因此如何對茶渣進行改性，制備出新型的茶渣生物除氟劑，從而既可以利用生物質(zhì)廢棄物又能凈化氟超標(biāo)的飲用水，是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直努力解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種由表面活性劑參與改性的茶渣生物除氟劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明中的制備方法以茶渣為原料，制備步驟少且制備效率高；由本方法制得的茶渣生物除氟劑可以廣泛應(yīng)用于飲用水中的氟去除，具有低成本、高效率、處理簡單、無二次污染等優(yōu)點。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種由表面活性劑參與改性茶渣生物除氟劑的方法，包括如下步驟:
[0009]一種由表面活性劑參與改性茶渣生物除氟劑的制備方法，包括如下步驟:
[0010](I)用70?80°C溫水洗滌茶渣5?8次去除其中可溶性色素，洗滌后在70?100°C烘箱中干燥3?4h，烘干后粉碎過60目得到待改性茶渣；
[0011](2)取粉末狀的10.0g待改性茶渣加入到質(zhì)量濃度為0.05%?5%的陰離子聚丙烯酰胺溶液中，在40?80°C溫度下電磁攪拌器攪拌10?60min，使得陰離子聚丙烯酰胺負(fù)載在茶渣表面；然后一邊攪拌一邊加入20?10ml的硫酸鋁溶液，所述硫酸鋁溶液的摩爾濃度為0.1?1M，繼續(xù)攪拌10?60min，使鋁離子和表面活性劑中的鈉離子發(fā)生置換反應(yīng)，攪拌后加入濃度為I?4M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為4.0?7.0 ;
[0012](3)繼續(xù)攪拌10?60min后靜置得到沉淀物，取出沉淀物用水洗滌6?8次后放入70?100°C烘箱中干燥2?4h，得到茶渣生物除氟劑。
[0013]優(yōu)選的，本茶渣生物除氟劑吸附氟以后，將本茶渣生物除氟劑浸泡在質(zhì)量濃度為I?5%的醋酸或碳酸鈉溶液中浸泡I?5h，即可再生并重復(fù)使用。
[0014]與現(xiàn)有的吸附劑相比，本發(fā)明中茶渣生物除氟劑的制備原理和優(yōu)點如下:
[0015]I)本發(fā)明利用表面活性劑(陰離子聚丙烯酰胺，即APAM)參與改性制備茶渣生物除氟劑。制備過程中使用的主要原料為廢棄的茶渣，在陰離子聚丙烯酰胺(APAM)的參與下通過硫酸鋁改性制得。表面活性劑的主要作用就是相當(dāng)于一個橋梁，以增加氫氧化鋁在茶渣上面的負(fù)載量，也即表面活性劑的改性可以使單位質(zhì)量的茶渣負(fù)載更多的氫氧化鋁。
[0016]本茶渣生物除氟劑的主要原料為茶渣，茶渣的來源廣泛且價格低廉，因此本發(fā)明不但消除了茶渣廢棄物及其造成的污染，而且為茶渣高值化利用提供了新的途徑，解決了工業(yè)生產(chǎn)過程中茶渣難處理的問題。
[0017]2)本茶渣生物除氟劑的制備過程中反應(yīng)條件溫和，工藝路線簡單易行，易于工業(yè)化操作，因此具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的潛力。
[0018]3)本茶渣生物除氟劑可以廣泛應(yīng)用于氟超標(biāo)的飲用水凈化，具有低成本、高效率、處理簡單、無二次污染等優(yōu)點。
[0019]4)本茶渣生物除氟劑可以通過醋酸或碳酸鈉溶液洗脫再生，從而能夠循環(huán)使用。
【附圖說明】
[0020]圖la、lc為沒有添加表面活性劑的處理后茶渣的SEM圖。
[0021]圖lb、ld為表面活性劑參與改性后的茶渣的SEM圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的改性機理圖。
【具體實施方式】
[0023]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的及有益效果有更好的理解，以下結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不限制于本實施例。
[0024]實施例中的吸附容量為茶渣生物除氟劑對水中氟離子吸附的指標(biāo)，其中水中氟離子濃度由氟離子選擇電極測量，鋁的濃度使用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定。
[0025]實施例1
[0026](I)用70°C溫水洗滌茶渣5次去除其中可溶性色素，洗滌后在70°C烘箱中干燥3h，烘干后粉碎過60目得到待改性茶渣；
[0027](2)取粉末狀的l0.0g待改性茶渣加入到質(zhì)量濃度為0.05%的陰離子聚丙烯酰胺溶液中，在40°C溫度下電磁攪拌器攪拌lOmin，使得陰離子聚丙烯酰胺負(fù)載在茶渣表面；然后一邊攪拌一邊加入20ml的硫酸鋁溶液，所述硫酸鋁溶液的摩爾濃度為0.1M，繼續(xù)攪拌lOmin，使鋁離子和表面活性劑中的鈉離子發(fā)生置換反應(yīng)，攪拌后加入摩爾濃度為IM的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為4.0 ;
[0028](3)繼續(xù)攪拌1min后靜置得到沉淀物，取出沉淀物用水洗滌6次后放入70°C烘箱中干燥2h，得到茶渣生物除氟劑。
[0029]取0.03g制備好的茶渣生物除氟劑放入裝有pH為6.0、濃度為10mg/L的2