一种微纳多孔聚合铝助凝剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种微纳多孔聚合铝助凝剂及其制备方法和应用，该材料的制备以异丙醇铝为基底模板，将异丙醇铝、硫酸盐分散于纯水中，并调节pH至弱碱性，在水热条件下进行熟化后获得相应的前驱体，前驱体在高压高温氛围下发生聚合得到所需微纳多孔聚合铝助凝剂。本发明专利技术中的合成方法及工艺简单易操作，采用本方法合成的微纳多孔聚合铝助凝剂表面富含羟基、硫酸根活性基团和金属离子活性位点，在水体中以胶体形式存在，能够同时实现氟离子快速吸附和快速助凝两种功效；加入常规絮凝剂之后，胶体状态会立刻转变成絮体状态，最终沉降下来，实现水、泥快速分离，不对水体造成二次污染,使用后的微纳多孔聚合铝助凝剂通过浸泡、干燥可以再生利用。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳多孔聚合铝助凝剂及其制备方法和应用
本专利技术属于饮用水处理
，特别涉及一种微纳多孔聚合铝助凝剂及其制备方法和应用。
技术介绍
氟是自然界中普遍存在的一种微量化学元素之一，是维持动植物骨骼、牙齿生长所必需的物质，不可或缺。然而一旦过量地摄入氟离子会导致一系列疾病，如氟斑牙、氟骨症，以及肾脏、肝脏和大脑等的病变，引起免疫功能异常，严重时甚至危及生命。我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）明确规定饮用水中氟含量要小于1.0mg/L；世界卫生组织（WHO）制定的饮用水标准中规定氟含量不得超过1.5mg/L。氟污染产生的原因既有地质构造因素，如区域性高氟地下水，也有现代工业生产中氟超标排放造成的问题，这些在生产过程中产生的含氟废水、废气、废渣等的不恰当处置（理）会造成严重的氟污染。其中，尤以含氟废水的污染对环境的影响最为严重，例如玻璃制造行业排放的废水中氟离子浓度可高达2000mg/L，磷肥厂含氟废水中氟含量甚至高达5000mg/L，这些含氟废水如果处理不当，会造成严重的危害。据统计，我国目前有5000多万长期将氟离子严重超标的水作为主要饮用水源，主要分布在华北、东北及西北等地区，集中在较偏远的农村地区，所在的省份主要有河南、河北、安徽、内蒙古和天津等。由于氟污染地域分散、环境复杂、存在形态多变、去除机理不明、处理难度大、成本高，整体氟污染处理技术基础仍较薄弱，致使我国饮用水中氟污染问题至今还未得到有效解决。因此，开发高效的氟污染处理材料和技术，具有重大的社会、经济和环境意义，迫在眉睫。水中氟离子的治理与改善在近年来一直是热门的话题，传统的饮用水中氟离子去除技术包括混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、离子交换法、电化学法等。相比其他技术，吸附法技术更加成熟、成本更加低廉、操作更加简单，因此吸附法在目前被广泛应用并被作为一种高效去除水中氟离子的技术。在众多吸附剂的选用当中，铝基材料比如活性氧化铝的使用是目前最为经济、高效处理高氟水的方法，并且在实际操作中已经得到广泛应用，我国大多数除氟试点也将活性氧化铝作为除氟吸附剂。活性氧化铝用作吸附剂时除氟效果受多种因素影响，包括活性氧化铝本身粒径的大小、含氟浓度的高低、含氟水pH值的高低、以及原氟水中其他离子的存在等等。实际使用情况下，活性氧化铝本身吸附容量较低、吸附速率较慢、吸附后难以从水体中分离，严重限制了其应用范围。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺点与不足，本专利技术的目的是提供一种微纳多孔聚合铝助凝剂的制备方法，能极大提高铝基材料的表面基团数量与活性，解决传统铝基材料对氟离子吸附容量差、吸附速率低，难以从水体分离的问题，并且制备方法简单、易实现。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种微纳多孔聚合铝助凝剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将异丙醇铝、硫酸盐分散于纯水中，搅拌混合均匀得到混合液；步骤二、向混合液中加入碱液调节其pH为弱碱性，得到碱性溶液；步骤三、将碱性溶液在水热条件下进行熟化处理，得到前驱体；步骤四、将前驱体放入高压反应釜中进行加热反应，反应结束后自然冷却；步骤五、步骤四中冷却得到的产物经过分离、干燥、研磨成粉即得到微纳多孔聚合铝助凝剂。作为优选的技术方案，步骤一中，所述硫酸盐为硫酸铁、硫酸钙、硫酸镁中的至少一种。作为优选的技术方案，所述异丙醇铝与硫酸盐的摩尔比为（4-1）:1。进一步优选的，异丙醇铝与硫酸盐的摩尔比可以为4:1、3:1、2:1或1:1。作为优选的技术方案，步骤二中，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述碱性溶液的pH值为7.5-9.0。制备过程中，异丙醇铝和硫酸盐的摩尔比，以及碱液调节pH值范围对材料微纳结构和表面基团影响较大。作为优选的技术方案，步骤三中，所述熟化处理的温度为50-80ºC，时间为1-5h。作为优选的技术方案，步骤四中，所述加热反应的温度为120-180ºC，时间为1-2天。作为优选的技术方案，步骤五中，所述分离采用离心的方式进行分离，所述干燥的温度为60-80ºC，所述研磨成粉至100-200目。本专利技术的另一个目的是提供上述所述的制备方法制得的微纳多孔聚合铝助凝剂，所述微纳多孔聚合铝助凝剂具有微纳多孔结构，其比表面积为100-300m2/g。材料表面富含羟基活性基团和硫酸根基团，铝离子和金属离子活性位点充分暴露，能够实现氟离子的快速吸附抓捕。本专利技术的第三个目的是提供上述所述的微纳多孔聚合铝助凝剂在去除水中氟离子的应用，该助凝剂在水体中以胶体形式存在，不会完全溶解。加入常规絮凝剂之后，胶体状态会立刻转变成絮体状态，最终沉降下来，实现水、泥快速分离，不对水体造成二次污染。用来吸附水中氟离子时，可在10分钟内将水中初始浓度3mg/L左右的氟离子吸附去除，达到饮用水标准1mg/L以下，沉淀下来的絮体污泥通过浸泡、干燥可以再生利用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）采用本专利技术的方法合成的微纳多孔聚合铝助凝剂，其表面富含羟基活性基团和硫酸根基团，铝离子和金属离子活性位点充分暴露，能够实现氟离子的快速吸附抓捕，能够同时实现吸附和助凝两种功效；该助凝剂在水体中以胶体形式存在，不会完全溶解。加入常规絮凝剂之后，胶体状态会立刻转变成絮体状态，最终沉降下来，实现水、泥快速分离，不对水体造成二次污染。（2）本专利技术合成的微纳多孔聚合铝助凝剂，表面活性基团大大增加，能够在10分钟内将水中初始浓度3mg/L左右的氟离子吸附去除，达到饮用水标准1mg/L以下，克服了常规材料对氟离子吸附能力低的缺陷；（3）本专利技术合成的微纳多孔聚合铝助凝剂使用后，沉淀下来的絮体污泥通过浸泡、干燥可以再生利用，克服了常规材料对氟离子去除效率难以再生的缺陷。（4）本专利技术所使用的合成方法及工艺简单易操作，适合于规模化工业生产。附图说明图1为实施例1制得的微纳多孔聚合铝助凝剂的SEM形貌图；图2为实施例1制得的微纳多孔聚合铝助凝剂的光学图片。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。实施例1一种微纳多孔聚合铝助凝剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将异丙醇铝、硫酸钙以3:1摩尔比(异丙醇铝20.42g、硫酸钙5.73g)分散于200mL纯水中，搅拌混合均匀得到混合液；步骤二、向混合液加入氢氧化钠溶液调节pH到8.0；步骤三、将得到的碱性溶液在80ºC油浴条件下熟化2h得到前驱体；步骤四、将熟化后的前驱体放入高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳多孔聚合铝助凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一、将异丙醇铝、硫酸盐分散于纯水中，搅拌混合均匀得到混合液；/n步骤二、向混合液中加入碱液调节其pH为碱性，得到碱性溶液；/n步骤三、将碱性溶液在水热条件下进行熟化处理，得到前驱体；/n步骤四、将前驱体放入高压反应釜中进行加热反应，反应结束后自然冷却；/n步骤五、步骤四中冷却得到的产物经过分离、干燥、研磨成粉即得到微纳多孔聚合铝助凝剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种微纳多孔聚合铝助凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将异丙醇铝、硫酸盐分散于纯水中，搅拌混合均匀得到混合液；
步骤二、向混合液中加入碱液调节其pH为碱性，得到碱性溶液；
步骤三、将碱性溶液在水热条件下进行熟化处理，得到前驱体；
步骤四、将前驱体放入高压反应釜中进行加热反应，反应结束后自然冷却；
步骤五、步骤四中冷却得到的产物经过分离、干燥、研磨成粉即得到微纳多孔聚合铝助凝剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述硫酸盐为硫酸铁、硫酸钙、硫酸镁中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述异丙醇铝与硫酸盐的摩尔比为（4-1）:1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述碱性溶液的pH值为7.5-9.0。

【专利技术属性】
技术研发人员：何军勇，孔令涛，张开胜，吴子健，谢超，刘锦淮，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34