專利名稱：一種鐵鈦氧化物除氟吸附劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鐵鈦氧化物除氟吸附劑的制備方法。
背景技術：
飲用高氟水而導致的氟病是世界上分布最為廣泛的地方病之一，長期飲用高氟水，對骨組織有危害，輕者會產生氟斑牙，重者造成氟骨癥，甚至喪失勞動能力、導致殘疾。飲水型地方性氟中毒發(fā)生地區(qū)，青少年骨生長發(fā)育障礙發(fā)生率在30% 46%之間，明顯高于非病區(qū)。截至2008年的統(tǒng)計，中國飲用高氟水的人口有5千萬人左右，占飲用水水質超標不安全人口的22%。世界衛(wèi)生組織(WHO)建議的飲用水標準中氟離子的濃度為不超過
I.5mg/L。
針對不同水源和出水要求，除氟工藝通常有化學沉淀、混凝沉淀、吸附、離子交換、膜分離等方法。其中吸附法由于操作簡便，成本較低而得到廣泛應用。在吸附法中，吸附劑是最關鍵的環(huán)節(jié)，常用的吸附劑有活性氧化鋁、沸石、活性炭、羥基磷灰石等。美國、法國、德國、日本等發(fā)達國家早期都是利用活性氧化鋁進行除氟，但吸附容量較低，需要頻繁再生。目前，以稀土類多價金屬氧化物為主要成分的高效吸附劑研究越來越多，雖然其吸附性能優(yōu)于常規(guī)的活性氧化鋁，具有高吸附容量和良好的除氟性能，但由于價格昂貴而難以推廣應用。但此類材料的開發(fā)應用為有害陰離子去除材料的研究提供了很好的思路，產生高密度活性羥基是制備高性能陰離子吸附劑的關鍵。近年來，鐵類氧化物作為吸附劑也廣泛應用于各種水處理工藝，其價格低廉，易制備，但其對氟離子的親和性不強。鈦類氧化物也被開發(fā)應用于飲用水處理，但氧化鈦對氟的吸附效果很差。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對解決目前廣泛使用的活性氧化鋁、活性炭、氧化鐵等除氟吸附劑普遍存在的吸附容量小，有害離子溶出嚴重，適用PH范圍偏酸性等問題，以及最新研究的鈦類、稀土金屬類氧化物制備過程工藝復雜，條件要求苛刻，吸附劑成本偏高等問題，提供了一種鐵鈦氧化物。其作為除氟吸附劑，具有吸附容量高、PH適用范圍廣、無有害離子溶出、吸附除氣效率聞等優(yōu)點。本發(fā)明所提供的鐵鈦氧化物，含有鐵和鈦兩種金屬元素，其中，所述鐵元素和鈦元素的摩爾比為O. 1-10。制備本發(fā)明鐵鈦氧化物的方法，包括下述步驟I)以可溶性鐵鹽和可溶性鈦鹽為原料，配制成混合溶液，其中，所述可溶性鐵鹽中的鐵元素和所述可溶性鈦鹽中的鈦元素的摩爾比為0.1-10 ；2)在攪拌狀態(tài)下，向所述混合溶液中加入堿性化合物溶液進行共沉淀反應，直至混合溶液的pH值達到3-8，停止加入，得到沉淀物；3)用水洗滌所述沉淀物，至洗滌后出水的pH值為6-8 ；
4)將洗滌后的沉淀物在70-500°C下干燥至恒重，再經研磨，得到所述鐵鈦氧化物。其中，步驟I)中所述混合溶液中鐵離子的摩爾濃度可為O. 02-lmol/L，鈦離子的摩爾濃度可為O. 02-lmol/L。步驟I)所述可溶性鐵鹽具體選自硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、硝酸鐵和氯化鐵中的一種或多種；所述可溶性鈦鹽具體選自硫酸氧鈦、硫酸鈦、四氯化鈦、異丙醇鈦中的一種或多種。步驟2)中所述堿性化合物具體選自氫氧化鈉、氨、硅酸鈉、偏鋁酸鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉中的一種或多種。其中，所述氫氧化鈉、硅酸鈉、偏鋁酸鈉、碳酸鈉或碳酸氫鈉的溶液中的鈉離子濃度可為O. 5-7mol/L ;所述氨水溶液的質量百分比濃度為5_25%。為了取得更好的效果，步驟2)中停止加入后還包括靜置的步驟。所述靜置的時間可為0-200小時。·本發(fā)明的再一個目的是提供上述鐵鈦氧化物的應用。本發(fā)明所提供的鐵鈦氧化物的應用，是其作為除氟吸附劑的應用或在制備除氟吸附劑中的應用。本發(fā)明制備的鐵鈦氧化物除氟吸附劑具有如下優(yōu)點I.本發(fā)明的鐵鈦氧化物除氟吸附劑對水中氟的飽和吸附容量可達到40_60mg/g,吸附容量大，除氟效率高，適用pH范圍廣。2.本發(fā)明的鐵鈦氧化物除氟吸附劑表面羥基吸附位點密度高，對氟有較強的親和性，通過離子交換將氟吸附并去除，吸附能力強，吸附容量高。3.本發(fā)明的鐵鈦氧化物除氟吸附劑穩(wěn)定性好，在使用過程中不存在溶出現(xiàn)象，相比于稀土金屬，能夠大幅度降低原料成本，適合廣泛推廣應用。4.本發(fā)明除氟吸附劑的制備方法簡便易控制，工藝條件溫和。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明進行說明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。實施例I、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑配制200mL的硫酸亞鐵和硫酸鈦混合溶液，其中鐵離子濃度為O. 2mol/L,鈦離子濃度為O. 2mol/L，在攪拌狀態(tài)下，加入12. 5 (wt) %的氨水，當pH值終點達到5時停止加入。靜置48h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH值為7，過濾，在80°C下干燥至恒重，干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑。當水溶液PH為7時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到60. Omg/go實施例2、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑配制200mL的硝酸亞鐵和硫酸氧鈦混合溶液，其中鐵離子濃度為O. 02mol/L,鈦離子濃度為O. 2mol/L，在攪拌狀態(tài)下，加入鈉離子濃度為4mol/L的碳酸氫鈉溶液，當pH終點達到3時停止加入。靜置0h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH為6，過濾，在200°C下干燥至恒重，干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑。當水溶液pH為7時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到52. 6mg/g。實施例3、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑配制200mL的氯化鐵和異丙醇鈦混合溶液，其中鐵離子濃度為O. 35mol/L,鈦離子濃度為O. 15mol/L,在攪拌狀態(tài)下，加入鈉離子濃度為6mol/L的碳酸鈉溶液，當pH終點達到
6.5時停止加入。靜置80h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH為7，過濾，在300°C下干燥至恒重，干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑。當水溶液pH為4時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到55. 2mg/g。實施例4、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑 配制200mL的氯化亞鐵和四氯化鈦混合溶液，其中鐵離子濃度為O. 6mol/L,鈦離子濃度為O. lmol/L，在攪拌狀態(tài)下，加入5mol/L的氫氧化鈉溶液，當pH終點達到8時停止加入。靜置20h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH為8，過濾，在500°C下干燥至恒重，干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑。當水溶液PH為8時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到40. Omg/go實施例5、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑配制200mL的硫酸鐵和硫酸鈦混合溶液,其中鐵離子濃度為O. 2mol/L,鈦離子濃度為O. 02mol/L，在攪拌狀態(tài)下，加入鈉離子濃度為2mol/L的偏鋁酸鈉溶液，當pH終點達到4. 5時停止加入。靜置35h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH為6. 5，過濾，在120°C下干燥至恒重，干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑。當水溶液pH為5時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到56. 7mg/g。實施例6、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑配制200mL的硫酸亞鐵和硫酸鈦混合溶液，其中鐵離子濃度為O. lmol/L,鈦離子濃度為lmol/L，在攪拌狀態(tài)下，加入20 (wt) %的氨水，當pH終點達到5. 5時停止加入。靜置50h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH為6. 8，過濾，在70°C下干燥至恒重，干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑。當水溶液PH為3時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到58. 6mg/g。實施例7、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑配制200mL的氯化鐵和異丙醇鈦混合溶液，其中鐵離子濃度為lmol/L，鈦離子濃度為0. lmol/L，在攪拌狀態(tài)下，加入7mol/L的氫氧化鈉溶液，當pH終點達到7. 3時停止加入。靜置150h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH為7，過濾，在180°C下干燥至恒重，干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑。當水溶液PH為7時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到43. 5mg/g0實施例8、制備鐵鈦氧化物除氟吸附劑配制200mL的硝酸亞鐵和四氯化鈦混合溶液，其中鐵離子濃度為0. 2mol/L,鈦離子濃度為0. 7mol/L，在攪拌狀態(tài)下，加入鈉離子濃度為3mol/L的硅酸鈉溶液，當pH終點達到7. 5時停止加入。靜置30h，將反應生成的沉淀物采用去離子水洗滌至出水pH為7，過濾，在400°C下干燥。干燥之后的產物經過研磨得到除氟吸附劑，當水溶液pH為6時，該吸附劑對水中氟的飽和吸附量達到47. 5mg/g。
權利要求
1.一種鐵鈦氧化物，含有鐵和鈦兩種金屬元素，其中，所述鐵元素和鈦元素的摩爾比為O.1-10。
2.根據權利要求I所述的鐵鈦氧化物，其特征在于所述鐵鈦氧化物是按照權利要求3-8中任一項所述方法制備得到的。
3.制備權利要求I中所述鐵鈦氧化物的方法，包括下述步驟 1)以可溶性鐵鹽和可溶性鈦鹽為原料，配制成混合溶液，其中所述可溶性鐵鹽中的鐵元素和所述可溶性鈦鹽中的鈦元素的摩爾比為0.1-10 ； 2)在攪拌狀態(tài)下，向所述混合溶液中加入堿性化合物溶液進行共沉淀反應，直至混合溶液的PH值達到3-8，停止加入，得到沉淀物； 3)用水洗滌所述沉淀物，至洗滌后出水的pH值為6-8； 4)將洗滌后的沉淀物干燥至恒重，再經研磨，得到所述鐵鈦氧化物。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于步驟I)中所述混合溶液中鐵離子的摩爾濃度為O. 02-lmol/L，鈦離子的摩爾濃度為O. 02-lmol/L。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于步驟I)中所述可溶性鐵鹽選自硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、硝酸鐵和氯化鐵中的至少一種；所述可溶性鈦鹽選自硫酸氧鈦、硫酸鈦、四氯化鈦和異丙醇鈦中的至少一種。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的方法，其特征在于步驟2)中所述堿性化合物選自氫氧化鈉、氨、硅酸鈉、偏鋁酸鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉中的至少一種。
7.根據權利要求3-6中任一項所述的方法，其特征在于步驟2)中所述停止加入后還包括靜置的步驟。
8.根據權利要求3-7中任一項所述的方法，其特征在于步驟3)中所述干燥的溫度為70-500。。。
9.權利要求I或2所述的鐵鈦氧化物在制備除氟吸附劑中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵鈦氧化物除氟吸附劑及其制備方法。該鐵鈦氧化物含有鐵和鈦兩種金屬元素，其中，鐵元素和鈦元素的摩爾比為0.1-10。其制備方法如下采用可溶性鐵鹽和可溶性鈦鹽為原料，配制上述摩爾比的混合水溶液，在攪拌狀態(tài)下，向混合溶液中加入堿溶液使溶液pH終點控制在3-8，靜置，洗滌至出水pH為6-8，洗滌后的產物經70-500℃干燥至恒重，研磨即制得本發(fā)明的鐵鈦氧化物除氟吸附劑。該鐵鈦氧化物除氟吸附劑對氟的飽和吸附量可達到40-60mg/g，具有優(yōu)異的吸附效果和顯著的低成本優(yōu)勢。
文檔編號B01J20/06GK102886239SQ20121033866
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權日2012年9月13日
發(fā)明者王亭杰, 陳林, 何博陽, 何帥, 粟超麗, 張暢 申請人:清華大學