專利名稱：一種高效除氟劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效除氟劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
我國是地方性氟中毒危害最嚴(yán)重的國家，地方性氟中毒是嚴(yán)重危害我國農(nóng)村人民群眾健康的主要地方病，是我國政府本世紀(jì)前10年重點(diǎn)控制的地方性疾病。
地方性氟中毒主要為飲水型氟中毒，國外對(duì)于飲水型氟中毒的研究多側(cè)重改變水源和化學(xué)劑除氟等，也有用土壤作為吸附劑來消除水中氟污染的研究，如美國鹽分實(shí)驗(yàn)室C.A Bower和J.N.Matcher(Soil Science，1967，103(3)151-154)分別用5種堿性土壤和酸性土壤做氟的吸附試驗(yàn)，以研究防止地下水氟污染的可能性；萬紅友等(農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003年22卷3期)研究了石灰土、紫色土、紅壤、黃壤的氟吸附特性，但這些研究最終都未提出理想的除氟劑或成套的除氟技術(shù)；中國專利CN1235868公開了以土壤為原料的吸砷劑吸氟劑及其制備方法，以火山灰土、紅壤、黃土、黑土、棕色森林土、淤泥為主要原料，加入鐵鹽，在200-700℃灼燒制備。
目前，國內(nèi)已研制了多種除氟劑和相應(yīng)的除氟技術(shù)裝置。比較成型的飲水除氟劑有(1)活化鋁類除氟劑；(2)骨炭類除氟劑，如CN1458079；(3)蛇紋石除氟劑；(4)螯合樹脂類除氟劑；(5)羥基磷灰石除氟劑等。目前所采用的這些除氟劑、除氟技術(shù)都還有一些不完善的地方，存在費(fèi)用較高、使用不便等缺點(diǎn)。而且大部分除氟劑在再生使用的過程中，存在手續(xù)麻煩、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題，群眾不易堅(jiān)持。此外再生時(shí)產(chǎn)生的高氟液體還可能引起地下水的二次污染。因此，希望有一種使用方便、不用再處理的、高效的吸附水中氟離子的吸收劑，使水中氟含量能達(dá)到世界衛(wèi)生組織(WHO)制定的標(biāo)準(zhǔn)值以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新型的高效除氟劑。
本發(fā)明的高效除氟劑，主要包括兩種組分磚紅壤、鋁鹽；即它是以磚紅壤為主要原料，加入一定量的鋁鹽，通過混合、成型、加熱灼燒制備而成。
本發(fā)明所用的磚紅壤與CN1235868A中所用的紅壤是兩種成份不同的土壤。本發(fā)明所用的磚紅壤相當(dāng)于美國土壤系統(tǒng)分類中之氧化土，高嶺濕潤老成土(Kandiudults)、高嶺弱發(fā)育濕潤老成土(Kanhapludults)；相當(dāng)聯(lián)合國土壤分類中的正常鐵鋁土(Orthic Ferralsols)。在中國土壤系統(tǒng)分類(修訂方案)中部分磚紅壤相當(dāng)于暗紅濕潤鐵鋁土。
優(yōu)選所述的組分鋁鹽的重量用量為0-30％，以原料總重計(jì)。
優(yōu)選所述的鋁鹽選自硫酸鋁、硝酸鋁、醋酸鋁和氯化鋁中的一種或幾種。
優(yōu)選所述的灼燒溫度為室溫-600℃；更優(yōu)選所述的灼燒溫度為100-350℃；灼燒時(shí)間為10-60min。
本發(fā)明的除氟劑可以采用各種形狀，對(duì)形狀大小沒有特殊的限制；優(yōu)選地除氟劑的形狀為圓柱型，直徑為2-3mm，長度為2-10mm；更優(yōu)選本發(fā)明的除氟劑的粒度，直徑為2-3mm，長度為3-5mm。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案是將磚紅壤、鋁鹽混合，擠壓成型，在100-350℃下，灼燒10-60min，制備得到的；其中所述的鋁鹽的重量用量為0-30％，以原料總重計(jì)；所述的鋁鹽選自硫酸鋁、硝酸鋁、醋酸鋁和氯化鋁中的一種或幾種。
本發(fā)明的除氟劑還可以在制備過程中添加一些常用吸附劑助劑、絮凝劑、殺菌劑、助擠劑、粘結(jié)劑等。
本發(fā)明的除氟劑在土壤中添加堿土金屬化合物如氧化鈣等，調(diào)節(jié)除氟劑的酸堿性，也可以得到較好的除氟效果。
本發(fā)明還提供了一種高效經(jīng)濟(jì)除氟劑的制備方法。
本發(fā)明的高效除氟劑的制備方法，其包括以下步驟(1)將包括磚紅壤、鋁鹽的組分混合均勻后，加入適量水，攪拌均勻；(2)成型；(3)在溫度100-600℃灼燒10-60min。
在本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案中，把原料混合物做成所需要的形狀，然后進(jìn)行加熱灼燒。
本發(fā)明的制備方法中所述的步驟(3)可以放在步驟(2)之前。即可以先不經(jīng)過步驟(2)成型，而直接加熱灼燒，再進(jìn)行粉碎，取得所需要的形狀。
在步驟(1)中，添加適量的水分是為了將原料混合均勻，且具有一定的硬度，以利于加工成形工序操作。
使用本發(fā)明的方法制備的除氟劑對(duì)形狀和大小沒有特別的限定，可以根據(jù)應(yīng)用方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，使用擠壓機(jī)擠壓成型，更優(yōu)選用擠壓機(jī)壓成直徑2-3mm，長度2-10mm的圓柱體。
優(yōu)選將成型后的混合物在室溫-100℃干燥后，進(jìn)行步驟(3)灼燒。
在所述的步驟(3)中，由于加熱溫度在100-250℃得到的除氟劑的吸附效果最好；300℃左右得到的除氟劑綜合效果最好，產(chǎn)物使用時(shí)顆粒不散，滲透性、吸附效果均較好；因此優(yōu)選加熱溫度為100-350℃。
本發(fā)明的除氟劑是一種很有發(fā)展前途的新型吸附劑，可廣泛用于含氟污水處理、高氟地表水凈化行業(yè)。可以裝入適當(dāng)?shù)娜萜鲀?nèi)使用；也可以一次性間歇式的處理，即將除氟劑加入高氟水中，攪拌，使之吸附氟離子，從而達(dá)到除氟的目的?？傊景l(fā)明的除氟劑有各種應(yīng)用方法，可根據(jù)實(shí)際情況選擇使用。
本發(fā)明提供的新型、經(jīng)濟(jì)、高效除氟劑及其制備方法解決了目前除氟劑存在的除氟效果差、生產(chǎn)工藝繁瑣、再生困難等問題。
本發(fā)明除氟劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益如下1、本發(fā)明的除氟劑的生產(chǎn)設(shè)備投資少，生產(chǎn)工藝簡單、易于操作，成本低。
2、本發(fā)明的除氟劑對(duì)氟的交換容量較大。用1克除氟劑處理病區(qū)含氟2-3mg/L的地表水，使其達(dá)到WHO所規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)(1.0mg/l)，大約可處理280-560ml的水；若裝5kg除氟劑的水處理柱，則可處理1.4-2.9噸水，足夠三口之家飲用2-4個(gè)月。
3、本發(fā)明的除氟劑經(jīng)濟(jì)，使用方便，不需要再生。制備1千克除氟劑僅需0.17-0.37元，以三口之家一年大約飲用水10噸計(jì)算，僅需投資5-10元，成本核算見表1。
表1每千克本發(fā)明的除氟劑的成本

注用料及成本硫酸鋁價(jià)格以800元/噸、電價(jià)以0.38元計(jì)。
具體實(shí)施萬式以下通過實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施例。
本發(fā)明的氟離子吸附能力試驗(yàn)方法如下取1g本發(fā)明的除氟劑，放于150ml具塞三角瓶中，加入10mg/L左右氟化鈉溶液50ml，在25℃下振蕩4h，振幅120/min，濾紙過濾，濾液用離子選擇電極法測定氟離子濃度。同時(shí)做空白對(duì)照，與樣品比較計(jì)算本發(fā)明的除氟劑的氟離子的吸附率。
實(shí)施例1-10
將磚紅壤與適量水混合，攪拌均勻后，用擠壓裝置壓成直徑2mm，長度2-10mm的條狀物，干燥后在馬福爐中加熱，加熱溫度100-900℃，加熱時(shí)間20min。
用實(shí)施例1-10所做的除氟劑進(jìn)行了氟離子吸附能力試驗(yàn)，結(jié)果見表2。
表2磚紅壤不同溫度加熱吸附氟的效果

由表2數(shù)據(jù)可以看出，在100-150℃下灼燒得到的除氟劑，吸附氟效果最好，氟離子吸附率為88％；在200-250℃下灼燒得到的除氟劑，氟離子吸附率有所下降，為61-65％；在300-600℃下灼燒得到的除氟劑，氟離子吸附率，為31-35％，但制成的除氟劑經(jīng)振蕩吸附后不散，水滲透性好。
本發(fā)明的除氟劑為多孔質(zhì)的粒狀物，灼燒溫度過高，除氟劑內(nèi)孔燒結(jié)，得到的除氟劑的氟離子吸附率明顯降低。
實(shí)施例11-18用磚紅壤，加適量水，攪拌均勻，用擠壓裝置擠出直徑2mm，長2-10mm的圓柱體，室溫干燥后，分別在100℃或150℃下加熱30min、40min、50min、60min。
將實(shí)施例11-18得到的除氟劑，進(jìn)行氟離子吸附能力試驗(yàn)，結(jié)果見表3。從表3可以看出，加熱時(shí)間20-60min，對(duì)吸附氟效果影響不大。
表3磚紅壤不同加熱時(shí)間吸附氟的效果

實(shí)施例19-25用30g磚紅壤，加入6g硫酸鋁；再加適量水，攪拌均勻，用擠壓裝置壓出直徑2mm，長2-10mm的圓柱體，室溫干燥，并分別在100℃、150℃、200℃、250℃、275℃、300℃、350℃下加熱處理20min。
將實(shí)施例19-25得到的除氟劑進(jìn)行氟離子吸附能力試驗(yàn)，結(jié)果見表4。
表4加熱溫度對(duì)除氟劑吸附效果的影響

由表4結(jié)果可以看出，磚紅壤加硫酸鋁比不加硫酸鋁除氟效果顯著提高，且隨著加熱溫度的上升，氟離子吸附率并未降低。
實(shí)施例26-37
用30g磚紅壤，分別加入5％、10％、20％、30％的硫酸鋁、氯化鋁和硝酸鋁，再加適量水，攪拌均勻，用擠壓裝置壓出直徑2mm，長2-10mm的圓柱體，室溫干燥后在300℃下加熱處理20min。
將實(shí)施例26-37得到的除氟劑進(jìn)行氟離子吸附能力試驗(yàn)，結(jié)果見表5。
表5不同鋁鹽對(duì)除氟劑吸附效果的影響

由表5結(jié)果可以看出，隨著氯化鋁、硫酸鋁加入量的增加，氟離子吸附率明顯提高；氟離子吸附率隨硝酸鋁加入量變化不明顯，但氟離子吸附率都在90％以上。
實(shí)施例38將實(shí)施例26-29得到的除氟劑進(jìn)行氟離子吸附能力及吸附量試驗(yàn)，方法如下取1g除氟劑，放于150ml具塞三角瓶中，加入30mg/L左右氟化鈉溶液50ml，在25℃下振蕩4h，振幅120/min，濾紙過濾，濾液用離子選擇電極測定氟離子濃度。同時(shí)做空白對(duì)照，并與樣品比較計(jì)算吸附率及吸附量，結(jié)果見表6。
表6不同硫酸鋁用量除氟劑吸附率及吸附量

表6結(jié)果表明，當(dāng)使用20％以上硫酸鋁除氟劑處理30mg/L含氟水時(shí)，氟離子吸附率達(dá)到90％以上，吸附容量1245-1278μg/g。
實(shí)施例39用實(shí)施例28制備的除氟劑，進(jìn)行氟離子流動(dòng)吸附試驗(yàn)。在吸收柱下口套上帶可調(diào)整流量裝置的乳膠管，放入少量脫脂棉，加入25g除氟劑，使10mg/L氟離子水溶液慢慢通過吸附柱，流量1ml/min，測定流出液中的氟含量，結(jié)果見表7。
表7表明，用硫酸鋁含量20％的本發(fā)明的除氟劑，有很強(qiáng)的吸附水中氟的能力。用1克本發(fā)明的除氟劑處理10mg/L含氟水，可使56ml水達(dá)到世界衛(wèi)生組織所規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)(1.0mg/l)。一般病區(qū)地表水含氟2-3mg/L，1克本發(fā)明的除氟劑可處理大約280-560ml的水。若裝5kg的水處理柱，則可處理1.4-2.9噸水，足夠三口之家飲用2-4個(gè)月。
表7除氟劑柱流動(dòng)吸附試驗(yàn)

權(quán)利要求
1.一種高效除氟劑，其特征在于，將包括磚紅壤組分、鋁鹽組分的原料，通過混合、成型、灼燒，制備得到。
2.按照權(quán)利要求1所述的高效除氟劑，其特征在于所述的組分鋁鹽的重量用量為0-30％，以原料總重計(jì)。
3.按照權(quán)利要求1所述的高效除氟劑，其特征在于所述的鋁鹽選自硫酸鋁、硝酸鋁、醋酸鋁和氯化鋁中的一種或幾種。
4.按照權(quán)利要求1所述的高效除氟劑，其特征在于所述的灼燒溫度為100-350℃；灼燒時(shí)間為10-60min。
5.按照權(quán)利要求1所述的高效除氟劑，其特征在于所述的除氟劑為圓柱型，直徑為2-3mm，長度為2-10mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的高效除氟劑，其特征在于，將包括磚紅壤、鋁鹽的原料混合、成型，在100-350℃下，灼燒10-60min制備得到；其中所述的鋁鹽的重量用量為0-30％，以原料總重計(jì)；所述的鋁鹽選自硫酸鋁、硝酸鋁、醋酸鋁和氯化鋁中的一種或幾種。
7.權(quán)利要求1-6之一所述的高效除氟劑的制備方法，其包括以下步驟(1)將包括磚紅壤、鋁鹽的組分混合均勻后，加水?dāng)嚢瑁?2)成型；(3)在溫度100-600℃灼燒10-60min。
8.按照權(quán)利要求7所述的高效除氟劑的制備方法，其特征在于所述的除氟劑用擠壓機(jī)壓成直徑2-3mm，長度2-10mm的圓柱體，在室溫～100℃下干燥。
9.按照權(quán)利要求7所述的高效除氟劑的制備方法，其特征在于所述的灼燒在自動(dòng)調(diào)溫電爐中進(jìn)行。
10.權(quán)利要求1-6之一所述的除氟劑在含氟污水處理、高氟地表水凈化中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效除氟劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的高效除氟劑，將包括磚紅壤、鋁鹽在內(nèi)的原料攪拌、成型和焙燒得到，其中鋁鹽的重量用量為0－30％，以原料總重計(jì)。本發(fā)明的除氟劑，可廣泛用于含氟污水處理、高氟地表水凈化行業(yè)。本發(fā)明除氟劑生產(chǎn)設(shè)備投資少，工藝簡單、易于操作，成本低，是一種很有發(fā)展前途的新型吸附劑。
文檔編號(hào)C02F1/28GK101091903SQ200610086619
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者王五一, 馮福建, 虞江萍, 楊林生, 李海蓉, 李永華 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所