由表面活性剂参与改性的茶渣生物除氟剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种由表面活性剂参与改性的茶渣生物除氟剂及其制备方法和应用。本发明专利技术制备过程中使用的主要原料为废弃的茶渣，在阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的参与下通过硫酸铝改性制得。表面活性剂的主要作用就是相当于一个桥梁，以增加氢氧化铝在茶渣上面的负载量，也即表面活性剂的改性可以使单位质量的茶渣负载更多的氢氧化铝。本茶渣生物除氟剂的主要原料为茶渣，茶渣的来源广泛且价格低廉，因此本发明专利技术不但消除了茶渣废弃物及其造成的污染，而且为茶渣高值化利用提供了新的途径，解决了工业生产过程中茶渣难处理的问题。本茶渣生物除氟剂的制备过程中反应条件温和，工艺路线简单易行，易于工业化操作，因此具备大规模推广应用的潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将茶渣进行改性制得的茶渣生物除氟剂、该茶渣生物除氟剂的制备方法及该茶渣生物除氟剂在饮用水中的应用。
技术介绍
氟(Fluorine)是地球表面第13个最丰富的天然元素，广泛存在于自然界中。在日常饮食中摄入适量的氟有助于预防龋齿，强化骨骼；但是，长期摄入高剂量的氟会对人体健康产生不良影响，如氟斑牙和氟骨症，甚至可能会降低人的生育能力，降低儿童智力，增加骨折、尿路结石(肾结石)、甲状腺功能减退等疾病的风险。中国是世界上地方性氟中毒病区(地氟病区)分布最广、危害最严重的国家之一。我国地氟病区可分为饮水型、煤烟污染型、饮茶型和混合型等几种病区，其中以饮水型氟病区为最严重。全国有1135个饮水型地方性氟中毒病区县，受影响的氟病区村总人口数达8851.7万人。目前为止，地方性氟中毒尚无有效的治疗方法。而采用理化降氟手段来降低饮用水氟含量是饮水型氟病区预防氟中毒的主要措施之一。其中吸附法操作简便，应用最为广泛。传统的除氟吸附剂吸附能力低、pH适用范围窄、吸附后有残留会造成二次污染。近年来，生物材料作为一种新兴的吸附剂具有原料来源广泛、吸附效率高、环境友好、不产生二次污染等优点，展现了良好的应用前景。茶树是一种氟超富集植物，叶片是其主要的富集部位，其氟含量与成熟度呈显著正相关。黑茶的原来是粗老叶片，其氟含量可达上千个mg/kg，远超过国家标准300mg/kg。在我国的西北部，因饮用黑茶而摄入过量的氟导致的氟斑牙和氟骨病有大量的报道。速溶茶是茶提取物的深加工产品，其原料也是粗老叶片，目前在国家标准中，还没有专门关于速溶茶中氟的限量标准，但是其健康风险不容忽视。2012年中国茶园种植面积达到227.8万公顷，茶叶产量178.98万吨，种植面积和茶叶产量均居世界第一。与此同时，我国速溶茶、茶饮料、茶多酚等深加工产品大量开发生产，每年产生的茶渣达到1.6亿公斤，茶渣废弃物处理日益成为一个生态环境问题。茶渣的任意处置不仅造成环境污染，而且也浪费了巨大的生物资源。近年来，如何开发利用茶渣废弃物，已成为近年来的研究热点。因此如何对茶渣进行改性，制备出新型的茶渣生物除氟剂，从而既可以利用生物质废弃物又能净化氟超标的饮用水，是本领域技术人员一直努力解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种由表面活性剂参与改性的茶渣生物除氟剂及其制备方法和应用。本专利技术中的制备方法以茶渣为原料，制备步骤少且制备效率高；由本方法制得的茶渣生物除氟剂可以广泛应用于饮用水中的氟去除，具有低成本、高效率、处理简单、无二次污染等优点。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种由表面活性剂参与改性茶渣生物除氟剂的方法，包括如下步骤：一种由表面活性剂参与改性茶渣生物除氟剂的制备方法，包括如下步骤：(1)用70～80℃温水洗涤茶渣5～8次去除其中可溶性色素，洗涤后在70～100℃烘箱中干燥3～4h，烘干后粉碎过60目得到待改性茶渣；(2)取粉末状的10.0g待改性茶渣加入到质量浓度为0.05％～5％的阴离子聚丙烯酰胺溶液中，在40～80℃温度下电磁搅拌器搅拌10～60min，使得阴离子聚丙烯酰胺负载在茶渣表面；然后一边搅拌一边加入20～100ml的硫酸铝溶液，所述硫酸铝溶液的摩尔浓度为0.1～1M，继续搅拌10～60min，使铝离子和表面活性剂中的钠离子发生置换反应，搅拌后加入浓度为1～4M的氢氧化钠溶液调节pH为4.0～7.0；(3)继续搅拌10～60min后静置得到沉淀物，取出沉淀物用水洗涤6～8次后放入70～100℃烘箱中干燥2～4h，得到茶渣生物除氟剂。优选的，本茶渣生物除氟剂吸附氟以后，将本茶渣生物除氟剂浸泡在质量浓度为1～5％的醋酸或碳酸钠溶液中浸泡1～5h，即可再生并重复使用。与现有的吸附剂相比，本专利技术中茶渣生物除氟剂的制备原理和优点如下：1)本专利技术利用表面活性剂(阴离子聚丙烯酰胺，即APAM)参与改性制备茶渣生物除氟剂。制备过程中使用的主要原料为废弃的茶渣，在阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的参与下通过硫酸铝改性制得。表面活性剂的主要作用就是相当于一个桥梁，以增加氢氧化铝在茶渣上面的负载量，也即表面活性剂的改性可以使单位质量的茶渣负载更多的氢氧化铝。本茶渣生物除氟剂的主要原料为茶渣，茶渣的来源广泛且价格低廉，因此本专利技术不但消除了茶渣废弃物及其造成的污染，而且为茶渣高值化利用提供了新的途径，解决了工业生产过程中茶渣难处理的问题。2)本茶渣生物除氟剂的制备过程中反应条件温和，工艺路线简单易行，易于工业化操作，因此具备大规模推广应用的潜力。3)本茶渣生物除氟剂可以广泛应用于氟超标的饮用水净化，具有低成本、高效率、处理简单、无二次污染等优点。4)本茶渣生物除氟剂可以通过醋酸或碳酸钠溶液洗脱再生，从而能够循环使用。附图说明图1a、1c为没有添加表面活性剂的处理后茶渣的SEM图。图1b、1d为表面活性剂参与改性后的茶渣的SEM图。图2为本专利技术的改性机理图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的及有益效果有更好的理解，以下结合具体实施例来对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限制于本实施例。实施例中的吸附容量为茶渣生物除氟剂对水中氟离子吸附的指标，其中水中氟离子浓度由氟离子选择电极测量，铝的浓度使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定。实施例1(1)用70℃温水洗涤茶渣5次去除其中可溶性色素，洗涤后在70℃烘箱中干燥3h，烘干后粉碎过60目得到待改性茶渣；(2)取粉末状的10.0g待改性茶渣加入到质量浓度为0.05％的阴离子聚丙烯酰胺溶液中，在40℃温度下电磁搅拌器搅拌10min，使得阴离子聚丙烯酰胺负载在茶渣表面；然后一边搅拌一边加入20ml的硫酸铝溶液，所述硫酸铝溶液的摩尔浓度为0.1M，继续搅拌10min，使铝离子和表面活性剂中的钠离子发生置换反应，搅拌后加入摩尔浓度为1M的氢氧化钠溶液调节pH为4.0；(3)继续搅拌10min后静置得到沉淀物，取出沉淀物用水洗涤6次后放入70℃烘箱中干燥2h，得到茶渣生物除氟剂。取0.03g制备好的茶渣生物除氟剂放入装有pH为6.0、浓度为10mg/L的25mL的模拟氟超标饮用水溶液中的离心管，在温度为25±2℃，转速为300r/min的恒温摇床中震荡3h后，过滤测的吸附后溶液中氟离子和铝离子浓度，试验三次平行。经过计算该条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由表面活性剂参与改性茶渣生物除氟剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)用70～80℃温水洗涤茶渣5～8次去除其中可溶性色素，洗涤后在70～100℃烘箱中干燥3～4h，烘干后粉碎过60目得到待改性茶渣；(2)取粉末状的10.0g待改性茶渣加入到质量浓度为0.05％～5％的阴离子聚丙烯酰胺溶液中，在40～80℃温度下电磁搅拌器搅拌10～60min，使得阴离子聚丙烯酰胺负载在茶渣表面；然后一边搅拌一边加入20～100ml的硫酸铝溶液，所述硫酸铝溶液的摩尔浓度为0.1～1M，继续搅拌10～60min，使铝离子和表面活性剂中的钠离子发生置换反应，搅拌后加入浓度为1～4M的氢氧化钠溶液调节pH为4.0～7.0；(3)继续搅拌10～60min后静置得到沉淀物，取出沉淀物用水洗涤6～8次后放入70～100℃烘箱中干燥2～4h，得到茶渣生物除氟剂。

【技术特征摘要】
1.一种由表面活性剂参与改性茶渣生物除氟剂的制备方法，其特征在
于包括如下步骤：
(1)用70～80℃温水洗涤茶渣5～8次去除其中可溶性色素，洗涤后在
70～100℃烘箱中干燥3～4h，烘干后粉碎过60目得到待改性茶渣；
(2)取粉末状的10.0g待改性茶渣加入到质量浓度为0.05％～5％的阴离
子聚丙烯酰胺溶液中，在40～80℃温度下电磁搅拌器搅拌10～60min，使得
阴离子聚丙烯酰胺负载在茶渣表面；然后一边搅拌一边加入20～100ml的硫
酸铝溶液，所述硫酸铝溶液的摩尔浓度为0.1～1M，继续搅拌10～60min，
使铝离子和表面活性剂中的钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡荟梅，宛晓春，彭传燚，陈贵杰，柯飞，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34