本发明专利技术公开了一种多孔碱式碳酸铝和多孔氧化铝球以及它们的制备与应用。多孔碱式碳酸铝的制备是利用微波加热快且均匀特点，采用廉价的无机盐(硝酸铝或异丙醇铝)和尿素为原料，制备得到大表面积的多孔碱式碳酸铝球；再将多孔碱式碳酸铝在空气中煅烧制得多孔氧化铝球。利用制得的多孔碱式碳酸铝或多孔氧化铝球吸附水中砷离子和/或氟离子。具体应用时是将多孔碱式碳酸铝或多孔氧化铝球分散于水中并混合均匀后进行吸附，或将多孔碱式碳酸铝和多孔氧化铝球装填于处理柱中，然后使水流过该填充柱。本发明专利技术多孔碱式碳酸铝和多孔氧化铝球的制备方法简单、安全无毒、成本低，且对水中的砷离子和氟离子吸附容量高，除氟、除砷效果十分显著，具有很高的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多孔碱式碳酸铝球和多孔氧化铝球以及它们的制备方法与它们在水处理中的应用。
技术介绍
在我国很多地区，由于天然因素或人为污染造成地下水中砷离子和氟离子严重超标，且难以消除，极大地影响人们的健康生活。因此，如何有效的去除水中有害离子不仅成为研究者广泛关注的课题，而且关系着人民生活。世界卫生组织(WHO)规定饮用水中砷的上限浓度为10 μ g/L，氟离子的上限浓度为1. 5mg/L。目前，砷离子和氟离子的去除方法主要有絮凝沉淀、离子交换、反渗透膜和吸附等。但絮凝沉淀、离子交换、反渗透膜等方法不同程度的存在着成本高、效率低等缺点。相比较而言，吸附法去除具有成本低、操作简单、效率高等优点，是目前水处理中的常用方法之一。目前水处理吸附中常用的吸附剂材料是活性氧化铝，尽管其具有较大的比表面积 OOO 300m2/g)，但其结晶性太强造成缺陷和活性位点少，使其对砷离子和氟离子的吸附容量低，处理能力有限，极大的限制了其应用。多孔碱式碳酸铝或多孔氧化铝不仅比表面积大，且具有丰富的孔结构，吸附位点多，吸附能力强，有望用作水处理吸附剂，但目前这方面的报道很少。此外，多孔碱式碳酸铝或多孔氧化铝球的制备多采用铝的有机盐和P123、F127 等软模板剂，不仅成本高，而且制备过程复杂，难以大规模化生产。采用廉价的无机盐为原料，无模板一步快速制备多孔碱式碳酸铝或多孔氧化铝球，并将其用于吸附水中的砷离子和氟离子等工作还未见报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多孔碱式碳酸铝球及碱式碳酸铝球。本专利技术所提供的多孔碱式碳酸铝球，其比表面积为450 530m2/g，制备方法如下 使无机铝盐和尿素在微波加热的条件下反应，得到浅黄色沉淀，即为所述多孔碱式碳酸铝球。其中，所述无机铝盐可为硝酸铝或异丙醇铝。上述所述反应的反应溶剂可为乙醇或异丙醇。所述反应的反应温度可为140 170°C，反应时间为5-30分钟。当无机铝盐为硝酸铝时，硝酸铝与尿素的质量比为(1.5-4) 1 ；当无机铝盐为异丙醇铝时，异丙醇铝与尿素的质量比为G-10) 1。本专利技术所提供的多孔氧化铝球，其比表面积为300 530m2/g，制备方法包括下述步骤1)按照本专利技术的方法制备多孔碱式碳酸铝球；2)将所述多孔碱式碳酸铝球在空气气氛中于400°C 500°C煅烧2 4小时，得到白色粉末，即为多孔氧化铝球。本专利技术的另一个目的是提供上述多孔碱式碳酸铝球和多孔氧化铝球的应用。本专利技术所提供的应用是多孔碱式碳酸铝球或多孔氧化铝球在吸附水中重金属离子和/或氟离子中的应用。所述重金属离子优选三价砷离子和/或五价砷离子。本专利技术还提供一种水处理的方法。该水处理的方法是用所述多孔碱式碳酸铝球或多孔氧化铝球吸附水中重金属离子和/或氟离子；所述重金属离子优选三价砷离子和/或五价砷离子。具体可分为下述两种方法1、将多孔碱式碳酸铝球或多孔氧化铝球分散于待处理的水中，吸附4 M小时， 再将所述多孔碱式碳酸铝或多孔氧化铝球分离，得到净化水。该方法中，所述多孔碱式碳酸铝球或多孔氧化铝球的质量为所述水中砷离子质量的50-100倍；所述多孔氧化铝球的质量优选为所述水中氟离子质量的5-100倍，如5倍或 50倍。2、将多孔碱式碳酸铝球或多孔氧化铝球装填于柱中得到填充柱；然后将待处理的水自上而下通过所述填充柱，得到净化水。其中，所述填充柱的内径可为60mm，长度可为30cm。所述待处理的水通过所述填充柱的流速为lOmL/min-lOOmL/min，具体30mL/min。所述填充柱中多孔碱式碳酸铝球或多孔氧化铝球的质量为所述水中砷离子质量的50-100倍，如100倍；所述填充柱中多孔碱式碳酸铝球或多孔氧化铝球的质量为所述水中氟离子质量的5-100倍，如5倍或50倍。使待净化的水和经本专利技术方法净化后的水通过电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)和离子色谱法分别测定水中砷离子和氟离子浓度。当待净化的水中砷离子和氟离子初始浓度分别为100 μ g/L和5mg/L时，超出国家饮用水标准10倍和5倍，经过上述方法净化后，水中砷离子和氟离子的含量均符合国家标准。其中，砷离子浓度小于10 μ g/L， 氟离子浓度小于lmg/L。本专利技术采用微波辅助加热法，以硝酸铝(或者异丙醇铝)和尿素为原料，乙醇为溶剂，无需模板制备了多孔碱式碳酸铝球；通过在空气中煅烧得到多孔氧化铝球；利用多孔碱式碳酸铝或多孔氧化铝球的孔道大比表面性质和丰富孔结构，吸附水中氟离子和砷离子效果显著，吸附容量高，净化能力明显强于目前所使用的活性氧化铝，且方法简单、成本低、 安全、无污染。附图说明图1为实例1所制得多孔碱式碳酉髮铝球X射线粉末衍射图。图2为实例1所制得多孔碱式碳酉髮铝球EDS谱图。图3为实例1所制得多孔碱式碳酉髮铝球FIWR谱图。图4为实例1所制得多孔碱式碳酉髮铝球SEM电镜图。图5为实例1所制得多孔碱式碳酉髮铝球TEM电镜检测图。图6为实例1所制得多孔碱式碳酉髮铝球氮气吸附-脱附曲线图图7为实例2所制得多孔碱式碳酉髮铝球SEM电镜图。图8为实例2所制得多孔碱式碳酉髮铝球TEM电镜图。4图9为实例2所制得多孔碱式碳酸铝球氮气吸附-脱附曲线图。图10为实例3所制得多孔氧化铝球TEM电镜检测图。图11为实例3所制得多孔氧化铝球氮气吸附-脱附曲线图。图12为实例4所制得多孔氧化铝球TEM电镜检测图。图13为实例4所制得多孔氧化铝球氮气吸附-脱附曲线图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。下述实施例中，采用扫描电子显微镜(SEM，日本JEOL 6701型，操作电压IOkV)和透射电子显微镜(TEM，日本JE0L1011型，加速电压IOOkV)观察样品形貌，通过能量分散 X-射线光谱仪(EDS)分析样品成分；采用日本理学I^igaku D/max-γΒ粉末X-射线衍射 (XRD)仪对样品进行物相分析。采用Cu靶Ka，波长λ = 0. 154056nm，额定功率16kW，管电压40kV，管电流200mA，扫描速度为8° /min。采用Quantachrome Autosorb-I型比表面积与孔分布分析仪表征其孔结构。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR，德国Bruker)分析样品表面性质，测试采用KBr压片法，取约aiig固体粉末样品与200mg KBr粉末充分混合后研磨均勻，压制成薄片，装入试样夹进行分析。采用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)检测水中砷离子的浓度；采用日本岛津ICPE-9000等离子体发射光谱仪，测试条件为高频输出功率1. 20KW，冷却气流量 0. 6L/min,等离子气流量lOL/min，载气流量0. 7L/min,曝光时间30秒；砷标准溶液系列的浓度分别为 ο μ g/L、10 μ g/L、25 μ g/L 和 50 μ g/L。采用离子色谱法检测水中氟离子的浓度，采用戴安ICS-900离子色谱仪，所用阴离子色谱分析柱型号为lobe Asl9，检测器为自动再生阴离子微膜抑制电导检测器，测试条件为温度为30°C，淋洗液为1.8mM Na2CO3和1. 7mM N本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋卫国，曹昌燕，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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