一种生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及除氟材料领域，具体涉及一种生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料的制备方法，将包含生物质、碱的原料溶液进行溶剂热处理，随后固液分离获得碱处理液；其中，原料溶液中，碱的浓度大于或等于2M；溶剂热的温度大于或等于150℃；向碱处理液中加入La、Zr、Al、Ce和Sc的水溶性金属盐，进行反应；将反应体系进行微波热处理，制得所述的生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料；其中，微波热处理的温度为400

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于废物利用以及水处理领域，具体涉及一种采用废料制备除氟材料的方法。

技术介绍

[0002]我国的含氟废水具有成分复杂、水量大以及分布广等特点，含氟废水主要来自于氟化学工业、钢铁生产、铝电解与铝加工、制酸与含硫化肥生产、玻璃制品制造与加工、有色金属冶炼等行业，同时，在某些地区的地表水与地下水中的氟含量也严重超标。水体中高氟的存在，对人类的生产、生活环境造成了极大的危害。
[0003]为了降低氟的危害，人们开发了多种除氟技术，这些技术主要包括混凝沉淀法、吸附法、离子交换法以及膜分离法等。尽管这些技术在降低水体中氟含量方面有着积极的效果，但依然存在处理成本高、除氟剂制备需要消耗较多的资源、除氟剂的氟吸附容量通常小于100mg/g而导致其用量大、产生二次污染、对不同PH值水体处理没有普适性等方面的缺陷。专利CN102259946A、CN102357357A与CN104324684A均可以获得不错的除氟效果，但由于采用的是含Ti、Zr、Ce等元素的原料，导致这些除氟材料的成本高，氟离子吸附容量也不够大，并且只适用于处理中性水；专利CN1966407A公布了铝盐与磷酸盐对酸性锌电解液除氟的方法，但该法导致了电解液中有价元素锌的不小损失。
[0004]另一方面，我国是一个人口大国，也是一个生物质资源非常丰富的国家，由此也产生了大量生物质废料。生物质废料大都通过填埋、焚烧与堆肥等方式进行处理，这不仅占用了大量的土地资源，而且还可能产生二次污染，更为重要的是这些废弃物并没有得到高效利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术第一目的在于，提供一种生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料(本专利技术也称为除氟材料)的制备方法，旨在利用生物质废料制备高吸附性能的除氟材料。
[0006]本专利技术第二目的在于，提供一种所述的制备方法制得的生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料。
[0007]本专利技术第三目的在于，提供所述的除氟材料的应用。
[0008]一种生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤(1)：
[0010]将包含生物质、碱的原料溶液进行溶剂热处理，随后固液分离获得碱处理液；其中，原料溶液中，碱的浓度大于或等于2M；溶剂热的温度大于或等于150℃；
[0011]步骤(2)：
[0012]向碱处理液中加入La、Zr、Al、Ce和Sc的水溶性金属盐，进行反应；
[0013]步骤(3)：
[0014]将步骤(2)的反应体系进行微波热处理，制得所述的生物炭@五元金属氧化物复合
除氟材料；
[0015]其中，微波热处理的温度为400
‑
450℃。
[0016]本专利技术研究发现，生物质成分复杂，其中含较多氟吸附活性成分，但也不乏大量氟吸附活性无关以及有毒成分。因此，为成功利用生物质制备高性能的除氟材料，需要妥善解决生物质成分的选择性问题。为此，本专利技术研究发现，创新地采用所述种类的生物质、配合所述的溶剂热处理、所述特殊五元协同金属成分和微波热处理以及参数联合控制，能够产生协同作用，能够制备得到具备优异氟吸附容量和吸附稳定性的材料。
[0017]本专利技术中，所述的生物质种类、溶剂热工艺条件、所要求的五元金属成分以及微波热处理工艺的联合是协同调控生物质成分、协同改善成分物相和结构，最终改善除氟材料氟吸附性能的关键。
[0018]本专利技术中，所述的生物质为木料、秸秆、纸制品、松木、草类、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、稻草、玉米芯中的至少一种；进一步优选为玉米芯、竹中的至少一种。研究发现，采用所述优选的物料，意外地和本专利技术整体工艺具有更优的协同性，能够制得具有更优除氟性能的材料。
[0019]本专利技术中，所述的生物质可以是新鲜的、也可是经脱水以及粉碎处理的，例如，所述的生物质的含水率低于10％，粒度小于1mm。
[0020]本专利技术中，将所述的生物质和碱进行所述的溶剂热反应，如此可以实现微碳化处理，还有助于调控物质的成分、将该工艺和后续的五元进行以及微波热处理联合，能够意外地协同改善制得的生物炭基除氟材料的吸附性能。
[0021]所述的原料溶液中的溶剂为水、水
‑
有机溶剂的混合溶液；所述的有机溶剂为和水混合的溶剂，优选为C1～C4的醇；
[0022]优选地，所述的碱为碱金属氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐中的至少一种；
[0023]优选地，所述的原料溶液的起始碱浓度为2～4M。
[0024]优选地，生物质和碱的重量比为1:0.3～0.5。
[0025]优选地，所述的溶剂热的温度为150
‑
250℃；
[0026]研究发现，在所述的碱浓度以及温度下，进一步协同配合生物质的种类，能够高选择性地调控生物质中的除氟活性成分，有助于进一步配合后续的五元进行以及微波处理工艺，可以进一步协同获得更优的除氟性能。
[0027]优选地，溶剂热的时间为2
‑
4h。
[0028]本专利技术中，可采用常规手段对溶剂热体系进行固液分离，例如，可以是过滤。
[0029]本专利技术中，在所述的生物质以及碱辅助的溶剂热下，进一步配合所述特殊的五元复合金属，有助于进一步实现协同，改善氟的吸附效果。
[0030]本专利技术中，所述的水溶性金属盐为所述至少一种金属元素的硫酸盐、硝酸盐或氯化盐。
[0031]优选地，La、Zr、Al、Ce和Sc的摩尔比为(1～3)：(1～3)：(1～3)：(1～3)：(1～3)；进一步优选为(1～3)：(1～3)：(1～2)：(1～3)：(1～2)。
[0032]优选地，总水溶性金属盐和生物质的重量比为0.5～5：1。
[0033]优选地，预先将所述的水溶性金属盐用水溶解，随后再添加C1～C4的醇，获得水溶性金属盐溶液，再将该溶液和碱处理液混合，进行反应；
[0034]优选地，水溶性金属盐溶液中，醇占水的体积比为0.5～1.5％。本专利技术研究发现，配合部分的醇溶液，有助于进一步协同改善制得的材料的除氟性能。
[0035]优选地，水溶性金属盐溶液中，Al的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L；
[0036]优选地，步骤(2)中，反应的时间为1～3h；
[0037]优选地，步骤(2)中，控制反应终点的pH为8.5
±
0.5。
[0038]本专利技术中，将步骤(2)反应的体系进行进行微波辅助下的热处理，如此能够进一步调控材料的结构、物相，改善材料的氟吸附性能。
[0039]本专利技术中，微波功率没有特别要求，例如可以为500～1500W；
[0040]优选地，微波热处理阶段在保护性气氛内进行；
[0041]优选地，微波热处理的时间为30～120min；
[0042]优选地，微波热处理后进行水洗处理，随后烘干，制得所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：将包含生物质、碱的原料溶液进行溶剂热处理，随后固液分离获得碱处理液；其中，原料溶液中，碱的浓度大于或等于2M；溶剂热的温度大于或等于150℃；步骤(2)：向碱处理液中加入La、Zr、Al、Ce和Sc的水溶性金属盐，进行反应；步骤(3)：将步骤(2)的反应体系进行微波热处理，制得所述的生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料；其中，微波热处理的温度为400
‑
450℃。2.如权利要求1所述的生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料的制备方法，其特征在于，所述的生物质为木料、秸秆、纸制品、松木、草类、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、稻草、玉米芯中的至少一种；进一步优选为玉米芯、竹中的至少一种；优选地，生物质的含水率低于10％，粒度小于1mm。3.如权利要求1所述的生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料的制备方法，其特征在于，所述的原料溶液中的溶剂为水、水
‑
有机溶剂的混合溶液；所述的有机溶剂为和水混合的溶剂，优选为C1～C4的醇；优选地，所述的碱为碱金属氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐中的至少一种；优选地，所述的原料溶液的起始碱浓度为2～4M；优选地，生物质和碱的重量比为1:0.3～0.5。4.如权利要求1所述的生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂热的温度为150
‑
250℃；优选地，溶剂热的时间为2
‑
4h。5.如权利要求1所述的生物炭@五元金属氧化物复合除氟材料的制备方法，其特征在于，所述的水溶性金属盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝江楠，黄琳，黄远平，周向清，
申请(专利权)人：湖南烯富环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：