專利名稱：飲用水高效除氟Fe₃O₄@ZrO(OH)₂磁性納米吸附材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水體去除氟的材料，尤其涉及一種飲用水高效除氟Fe304@ &0(0H)2磁性納米吸附材料的制備方法。
背景技術(shù)：
氟廣泛存在于地下水環(huán)境中，并主要源于天然地球化學(xué)過(guò)程中的巖石、礦物及土 壤中氟的溶出與釋放。我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水中氟化物的含量不能超過(guò) 1. Omg/L。攝取過(guò)量的氟會(huì)損壞人體健康，因此，開(kāi)發(fā)高效、廉價(jià)、穩(wěn)定的吸附劑對(duì)于飲用水 的深度除氟處理具有重要意義。目前，飲用水除氟的方法有吸附、混凝、電混凝、膜分離等。 混凝沉降法和吸附法是研究和應(yīng)用最多的兩種除氟的方法。混凝沉降法將衍生出大量硫酸 根或氯離子和污染，而且除氟工藝復(fù)雜。電混凝利用金屬陽(yáng)極電化學(xué)溶出的Al3+及其水解 產(chǎn)物與氟發(fā)生混凝、絮凝、吸附、共沉降等作用，由于電化學(xué)產(chǎn)生的鋁系絮體活性高，鋁鹽當(dāng) 量投量低于化學(xué)混凝，但運(yùn)行成本仍偏高。吸附技術(shù)以其運(yùn)行管理方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而 成為工程中最廣泛采用的除氟技術(shù)。但現(xiàn)有除氟劑均有各自的缺點(diǎn)，不同程度的存在除氟 效率低，吸附性能衰減快，容易引起二次污染等問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)一種吸附容量高，分離速度 快的綠色環(huán)保新型除氟劑迫在眉睫。磁性納米材料通常具有三大優(yōu)點(diǎn)一是比表面積大，吸 附容量大；二是磁性分離，簡(jiǎn)單方便；三是吸附路徑短，平衡速度快。利用這些特點(diǎn)，可以將 磁性納米技術(shù)應(yīng)用于污水處理中污染物的去除，既充分發(fā)揮納米材料吸附容量高的優(yōu)勢(shì)， 又可快速實(shí)現(xiàn)吸附劑與處理液的分離，從而大大提高去除效率。在磁性納米四氧化三鐵表 面修飾一層氫氧化鋯，水體中的氟離子與鋯離子形成絡(luò)合物沉降而除氟，兼具了吸附法和 磁性分離的優(yōu)點(diǎn)，可方便的應(yīng)用于快速去除大體積飲用水中的氟離子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種飲用水高效除氟Fe304@Zr0 (OH) 2磁性納米吸附材料的 制備方法，是針對(duì)水中的氟污染物，尤其是地下飲用水源中的氟離子提供一種高效的磁性 納米除氟吸附材料，該材料可快速高效去除大體積飲用水中的氟離子，處理過(guò)的水中的氟 含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其特征是方法步驟為(1)將鐵鹽和亞鐵鹽溶液按摩爾比為1. 8 2. 0 1混合，并通氮?dú)獗Ｗo(hù)，在機(jī)械 攪拌100 500rpm的條件下，逐滴加入NaOH溶液，反應(yīng)1 3h后，利用外加磁場(chǎng)洗滌，即 得磁性Fe304納米粒子；(2)將1 5g磁性Fe304納米粒子分散于水溶液，接著在機(jī)械攪拌下逐滴加入含 0. 03 0. 21mol鋯鹽溶液之后，再逐滴滴加稍過(guò)量的NaOH溶液，水浴溫度為60 90°C， 回流時(shí)間應(yīng)為1 3h，以穩(wěn)定形成的&0(0H)2薄膜，利用外加磁場(chǎng)分離和洗滌后，即得磁 性Fe304@Zr0(0H)2復(fù)合納米除氟材料，磁性Fe304@Zr0 (0H) 2復(fù)合納米除氟材料中Fe304和Zr0(0H)2的質(zhì)量比例為3 5 20。所述的鋯鹽為氧氯化鋯、醋酸鋯或硫酸鋯等。所述涂敷&0(0H)2薄膜，NaOH溶液滴加時(shí)間應(yīng)為控制超過(guò)lh以上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、吸附容量大，對(duì)F_的吸附量可高達(dá)208. 3mg/g,因此很少量的 復(fù)合納米除氟劑就能去除大體積含氟水體中的氟離子，適用于大體積飲用水的深度處理； 2、去除速度快，納米粒子吸附路徑短，吸附平衡時(shí)間小于5min ；除氟材料具有磁性，可方便 的實(shí)現(xiàn)吸附劑和飲用水的分離；3、制作簡(jiǎn)單，在整個(gè)制備過(guò)程中不需要復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程、特 殊反應(yīng)設(shè)備和苛刻的反應(yīng)溫度，操作簡(jiǎn)單易行，重現(xiàn)性好。


圖1為本發(fā)明磁性Fe304@Zr0 (OH) 2復(fù)合納米除氟材料的TEM圖。圖2為本發(fā)明制備的磁性Fe304@Zr0(0H)2復(fù)合納米除氟材料對(duì)氟離子的吸附等溫 線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 采用共沉淀法制備磁性納米Fe304微球和磁性納米Fe304@Zr0 (OH) 2復(fù)合微球。稱 取27. 000gFeCl3 6H20禾口 15. 000g FeS04 7H20于三口燒瓶中混合，加入50mL去離子水， 通氮?dú)?-3min，在機(jī)械攪拌的條件下將其放入85°C的恒溫水浴鍋中，逐滴加入2mol/L的 Na0H150mL,反應(yīng)兩小時(shí)后利用外加磁場(chǎng)洗滌，即得磁性Fe304微球。稱取3. 000g制備好的磁性納米Fe304微球和50mL去離子水加入三口燒瓶中，在機(jī) 械攪拌的條件下將其放入85°C的恒溫水浴鍋中，先逐滴加入含22. 810gZr0Cl2 8H20的溶 液后，再逐滴加入2mol/L的NaOH溶液，直至溶液顏色由黑色變?yōu)樯铧S色為止，反應(yīng)兩小時(shí) 后利用外加磁場(chǎng)分離、洗滌，即得磁性納米Fe304與&0(011)2質(zhì)量比為3 10的磁性納米 Fe304iZr0(0H)2復(fù)合微球。如圖1所示，得到磁性Fe304@Zr0 (0H) 2復(fù)合納米除氟材料的TEM 圖。實(shí)施例2:稱取3. 000g上述實(shí)例制備好的磁性納米Fe304微球和50mL去離子水加入三 口燒瓶中，在機(jī)械攪拌的條件下將其放入85°C的恒溫水浴鍋中，先逐滴加入含11.405g Zr0Cl2 8H20的溶液后，再逐滴加入2mol/L的NaOH溶液，直至溶液顏色由黑色變?yōu)樯铧S 色為止，反應(yīng)1小時(shí)后利用外加磁場(chǎng)分離、洗滌，即得磁性納米Fe304與&0(0H)2質(zhì)量比為 3 5的磁性納米Fe304@Zr0(0H)2復(fù)合微球。實(shí)施例3:稱取3. 000g實(shí)例1制備好的磁性納米Fe304微球和50mL去離子水加入三口燒瓶 中，在機(jī)械攪拌的條件下將其放入85°C的恒溫水浴鍋中的磁性納米Fe304微球和50mL去離 子水加入三口燒瓶中，在機(jī)械攪拌的條件下將其放入85°C的恒溫水浴鍋中，先逐滴加入含 45. 621g Zr0Cl2 8H20的溶液后，再逐滴加入2mol/L的NaOH溶液，直至溶液顏色由黑色變 為深黃色為止，反應(yīng)3小時(shí)后利用外加磁場(chǎng)分離、洗滌，即得磁性納米Fe304與&0(0H)2質(zhì) 量比為3 20的磁性納米Fe304@Zr0(0H)2復(fù)合微球。
通過(guò)實(shí)施例1、2、3得到如圖2所示的磁性Fe3O4OZrO(OH)2復(fù)合納米除氟材料對(duì)氟離子的吸附等溫線，其中 為 Fe304/Zr0(0H)2 = 3 20，▲為 Fe304/Zr0(OH)2 = 3 10，· 為 Fe304/Zr0 (OH) 2 = 3 5。
權(quán)利要求
一種飲用水高效除氟Fe3O4@ZrO(OH)2磁性納米吸附材料的制備方法，其特征是方法步驟為(1)將鐵鹽和亞鐵鹽溶液按摩爾比為1.8～2.0∶1混合，并通氮?dú)獗Ｗo(hù)，在機(jī)械攪拌100～500rpm的條件下，逐滴加入NaOH溶液，反應(yīng)1～3h后，利用外加磁場(chǎng)洗滌，即得磁性Fe3O4納米粒子；(2)將1～5g磁性Fe3O4納米粒子分散于水溶液，接著在機(jī)械攪拌下逐滴加入含0.03～0.21mol鋯鹽溶液之后，再逐滴滴加稍過(guò)量的NaOH溶液，水浴溫度為60～90℃，回流時(shí)間應(yīng)為1～3h，以穩(wěn)定形成的ZrO(OH)2薄膜，利用外加磁場(chǎng)分離和洗滌后，即得磁性Fe3O4@ZrO(OH)2復(fù)合納米除氟材料，磁性Fe3O4@ZrO(OH)2復(fù)合納米除氟材料中Fe3O4和ZrO(OH)2的質(zhì)量比例為3∶5～20。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲用水高效除氟Fe304@&0(0H)2·性納米吸附材料的制備方 法，其特征是所述的鋯鹽為氧氯化鋯、醋酸鋯或硫酸鋯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飲用水高效除氟Fe304@&0(0H)2·性納米吸附材料的制備方 法，其特征是所述形成的^O(OH)2薄膜，NaOH溶液滴加時(shí)間應(yīng)為控制超過(guò)Ih以上。
全文摘要
一種飲用水高效除氟Fe3O4@ZrO(OH)2磁性納米吸附材料的制備方法，(1)共沉淀法制備磁性納米Fe3O4微球；(2)將磁性納米Fe3O4微球和去離子水加入反應(yīng)容器，在機(jī)械攪拌的條件下，逐滴加入一定量的鋯鹽溶液之后，再逐滴加入的NaOH溶液，加熱回流反應(yīng)1-3h后利用外加磁場(chǎng)分離、洗滌，即可得磁性納米Fe3O4@ZrO(OH)2復(fù)合微球。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、吸附容量大，適用于大體積飲用水的深度處理；2、去除速度快，納米粒子吸附路徑短；3、制作簡(jiǎn)單 在整個(gè)制備過(guò)程中不需要復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程、特殊反應(yīng)設(shè)備和苛刻的反應(yīng)溫度，操作簡(jiǎn)單易行，重現(xiàn)性好。
文檔編號(hào)C02F1/58GK101811020SQ20101012947
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者吳少林, 涂新滿, 羅旭彪, 羅勝聯(lián), 馬明 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)