[发明专利]饮用水高效除氟Fe3O4@ZrO(OH)2磁性纳米吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水体去除氟的材料，尤其涉及一种饮用水高效除氟 Fe₃O₄ZrO(OH)₂磁性纳米吸附材料的制备方法。

背景技术

氟广泛存在于地下水环境中，并主要源于天然地球化学过程中的岩石、矿 物及土壤中氟的溶出与释放。我国生活饮用水卫生标准规定饮用水中氟化物的 含量不能超过1.0mg/L。摄取过量的氟会损坏人体健康，因此，开发高效、廉 价、稳定的吸附剂对于饮用水的深度除氟处理具有重要意义。目前，饮用水除 氟的方法有吸附、混凝、电混凝、膜分离等。混凝沉降法和吸附法是研究和应 用最多的两种除氟的方法。混凝沉降法将衍生出大量硫酸根或氯离子和污染， 而且除氟工艺复杂。电混凝利用金属阳极电化学溶出的Al³⁺及其水解产物与氟 发生混凝、絮凝、吸附、共沉降等作用，由于电化学产生的铝系絮体活性高， 铝盐当量投量低于化学混凝，但运行成本仍偏高。吸附技术以其运行管理方便、 成本低廉等优点而成为工程中最广泛采用的除氟技术。但现有除氟剂均有各自 的缺点，不同程度的存在除氟效率低，吸附性能衰减快，容易引起二次污染等 问题。因此，开发一种吸附容量高，分离速度快的绿色环保新型除氟剂迫在眉 睫。磁性纳米材料通常具有三大优点：一是比表面积大，吸附容量大；二是磁 性分离，简单方便；三是吸附路径短，平衡速度快。利用这些特点，可以将磁 性纳米技术应用于污水处理中污染物的去除，既充分发挥纳米材料吸附容量高 的优势，又可快速实现吸附剂与处理液的分离，从而大大提高去除效率。在磁 性纳米四氧化三铁表面修饰一层氢氧化锆，水体中的氟离子与锆离子形成络合 物沉降而除氟，兼具了吸附法和磁性分离的优点，可方便的应用于快速去除大 体积饮用水中的氟离子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种饮用水高效除氟Fe₃O₄ZrO(OH)₂磁性纳米吸 附材料的制备方法，是针对水中的氟污染物，尤其是地下饮用水源中的氟离子 提供一种高效的磁性纳米除氟吸附材料，该材料可快速高效去除大体积饮用水 中的氟离子，处理过的水中的氟含量低于国家标准。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：

(1)将铁盐和亚铁盐溶液按摩尔比为1.8～2.0∶1混合，并通氮气保护，在 机械搅拌100～500rpm的条件下，逐滴加入NaOH溶液，反应1～3h后，利用外 加磁场洗涤，即得磁性Fe₃O₄纳米粒子；

(2)将1～5g磁性Fe₃O₄纳米粒子分散于水溶液，接着在机械搅拌下逐滴 加入含0.03～0.21mol锆盐溶液之后，再逐滴滴加稍过量的NaOH溶液，水浴温 度为60～90℃，回流时间应为1～3h，以稳定形成的ZrO(OH)₂薄膜，利用外加 磁场分离和洗涤后，即得磁性Fe₃O₄ZrO(OH)₂复合纳米除氟材料，磁性 Fe₃O₄ZrO(OH)₂复合纳米除氟材料中Fe₃O₄和ZrO(OH)₂的质量比例为3∶5～20。

所述的锆盐为氧氯化锆、醋酸锆或硫酸锆等。

所述涂敷ZrO(OH)₂薄膜，NaOH溶液滴加时间应为控制超过1h以上。

本发明的优点是：1、吸附容量大，对F^-的吸附量可高达208.3mg/g，因此 很少量的复合纳米除氟剂就能去除大体积含氟水体中的氟离子，适用于大体积 饮用水的深度处理；2、去除速度快，纳米粒子吸附路径短，吸附平衡时间小 于5min；除氟材料具有磁性，可方便的实现吸附剂和饮用水的分离；3、制作 简单，在整个制备过程中不需要复杂的反应过程、特殊反应设备和苛刻的反应 温度，操作简单易行，重现性好。

附图说明

图1为本发明磁性Fe₃O₄ZrO(OH)₂复合纳米除氟材料的TEM图。