一种二氧化硅除氟剂的制备方法.pdf

本发明属于复合材料技术领域。根据F- 的配位化学性质，SiO2·Fe(0H)2+2F-→ SiO2·Fe(0H)2+2OH-，经过配液、混合反应、搅拌打碎、过滤水洗、高速分散、干燥脱水、滚球成型、干燥成品，获得具有高选择性的饮用水除氟的除氟剂。本发明工艺简单、原料便宜，适于大规模的生产及实际应用。

权利要求书
1.  一种二氧化硅除氟剂的制备方法，其包含如下步骤：
(1)将硅酸钠配制成以二氧化硅计5—10%wt的溶液A克，称取氯化铁B克，其用量为二氧化硅量（干基）的10—30wt%，硫酸加水配制成20—30%wt的水溶液C克，其中重量比为：二氧化硅（干基）：硫酸（干基）=1：0.5;
（2）将C克硫酸水溶液加入反应釜，开动搅拌，在30—40℃加入步骤（1）中B克的氯化铁，待其溶解后，在20—30℃下以200—300g/min的速度加入步骤（1）配制的硅酸钠溶液，至pH7—8停止加硅酸钠，在常温下静置1—5小时；
（3）搅拌、打碎；
（4）过滤、水洗；
（5）高速分散；
（6）干燥脱水；
（7）滚球成型；
（8）干燥成品。

2.  根据权利要求1所述一种二氧化硅除氟剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）开动反应釜搅拌30分钟，将步骤（2）反应所得凝胶打碎，升温至60—70℃，保温1—3小时。

3.  根据权利要求1所述一种二氧化硅除氟剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）利用板框压滤机将反应物料过滤、水洗，洗至水的电导率为1000μs/cm以下。

4.   根据权利要求1所述一种二氧化硅除氟剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）将步骤（4）的滤饼用高速分散机在2000转/分的下分散30分钟。

5.   根据权利要求1所述一种二氧化硅除氟剂的制备方法，其特征在于：步骤（6）利用闪蒸干燥对步骤（5）所得进行脱水，保持进口温度300—320℃下，调整粒度为10—15μm。

6.   根据权利要求1所述一种二氧化硅除氟剂的制备方法，其特征在于：步骤（7）将步骤（6）所得加入盘式滚球机，加入20%的碱性硅溶胶成型，使粒度达到3—5mm。

7.  根据权利要求1所述一种二氧化硅除氟剂的制备方法，其特征在于：步骤（8）将步骤（7）所得用烘箱在90—105℃下进行干燥，即得产品。

说明书一种二氧化硅除氟剂的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体是一种除氟剂的制备方法。
技术背景
氟对水资源的污染存在于两种途径:一是在含氟矿物富集区的高氟区中，当地下水流经高氟区地层时，氟化物被溶解并以F-、HF、HF2-形式存在于水中；工业污染是自然水体中氟的另一来源，例如铝工业，玻璃工业，化肥工业等均可向环境排放氟化物使大气和水体中氟含量显著提高。由于氟的水溶液化学性质稳定，因此，氟容易在水体中积累。
因为氟慢性中毒疾病与饮用水有关，因此水体除氟尤其在水源缺乏地区的水氟处理，越来越受到关注。从含氟水中分离除氟有其特点，表现在：1)一般水中含氟浓度较低，约为几个毫克每升，但由于氟致病毒理学浓度限度很低，如我国规定饮用水中氟含量为0．5～ 1.0 mg/L，因此，水中除氟属微量深度分离，在技术上有相当困难；2)水中F-化学性质稳定且独特，一般分离方法，难以达到分离要求且易引起二次污染，造成水质破坏；3)水体中的氟不能被生物体转移吸收，而是在生物体内转移积累，并通过食物链传递富集，最终影响整个生态系统。因此，不能采用常规生物降解法除氟。
目前已有的地下水及高氟污染水除氟方法主要有石灰石软化法、磷酸盐发、冰冻法、铝盐吸附法、骨炭吸附法、电凝聚和反渗透等 。但这些方法中使用的载体均有除氟效率低，易引起二次污染及成本高等不可避免的缺陷。专利CN101597103A公开了一种饮用水镁质除氟剂的制备方法，该方法采用氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁为原料，通过混合、水洗、煅烧形成除氟剂，但在使用过程中，镁的流失也会对水质造成影响。专利CN103157441A公开了一种通过PH值调控吸/脱附氟离子的除氟剂及其制备方法，该方法利用100-5000nm二氧化硅为核心，通过活化、表面羧基化，再以金属盐和苯基多羧基化合物为原料进行反应形成金属有机骨架壳层,但该方法工艺复杂，成本较高，不适合大规模使用。
硅胶为多孔物体，有较大的内表面，对分子有吸附作用，但不能吸附水溶液中的F-。当制备硅胶中加入Fe离子并固载在硅胶骨架上形成配位中心离子，可发生配体交换作用而吸附F-，从而获得固液分离除氟作用：
SiO2·Fe(0H)2+2F-→ SiO2·Fe(0H)2+2OH-
我们根据F- 的配位化学性质，发明了一种具有高选择性的饮用水除氟的除氟剂的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化硅除氟剂的制备方法。
其包含如下步骤：
(1)将硅酸钠配制成以二氧化硅计5-10%wt的溶液A克，称取氯化铁B克，其用量为二氧化硅量（干基）的10-30wt%，硫酸加水配制成20-30%wt的水溶液C克，其中重量比为：二氧化硅（干基）：硫酸（干基）=1:0.5;
（2）将C克硫酸水溶液加入反应釜，开动搅拌，在30-40℃加入步骤（1）中B克的氯化铁，待其溶解后，在20-30℃下以200-300g/min的速度加入步骤（1）配制的硅酸钠溶液，至pH7-8停止加硅酸钠，在常温下静置1-5小时；
（3）开动反应釜搅拌30分钟，将步骤（2）反应所得凝胶打碎，升温至60-70℃，保温1-3小时；
（4）利用板框压滤机将反应物料过滤、水洗，洗至水的电导率为1000μs/cm以下；
（5）将步骤（4）的滤饼用高速分散机在2000转/分的下分散30分钟；
（6）利用闪蒸干燥对步骤（5）所得进行脱水，保持进口温度300-320℃下，调整粒度为10-15μm；
（7）将步骤（6）所得加入盘式滚球机，加入20%的碱性硅溶胶成型，使粒度达到3-5mm；
（8）将步骤（7）所得用烘箱在90-105℃下进行干燥，即得产品。
本发明的除氟剂的吸附性能采用如下方式进行测定：
（1）孔容比表面积的测定
采用BET氮气吸附进行测定
（2）氟脱除率测定
溶液中氟离子含量用氟离子选择性电极标准曲线法测定
试剂采用（1） PH为7的缓冲溶液；（2）氟离子标准溶液（50mg/l）；
仪器为PS一215型离子活度计(参比电极为甘汞电极，测定电极为PF一1型氟离子选择电极)，用于水溶液中F-浓度测定。
操作步骤：称取1g制备的硅胶，在105℃下干燥1小时，置于100ml具磨口塞的锥形烧瓶中，用滴定管加入50ml标准溶液，盖好瓶塞，在振荡器上振动20min后（室温控制在25±5℃），测定吸附后溶液氟离子浓度，氟脱除率＝(C0－C)/C0×100%，C0、C分别为合成含氟溶液的起始和平衡浓度。
本发明工艺简单、原料便宜，适于大规模的生产及实际应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例一
(1)将硅酸钠配制成以二氧化硅计5%wt的溶液1000克，称取氯化铁5克，硫酸加水配制成20%wt的水溶液125克；
（2）将125克20%wt硫酸水溶液加入反应釜，开动搅拌，在30℃加入5克的氯化铁,待其溶解后，然后在25℃下，以200-300g/min的速度加入配制好的硅酸钠溶液，至pH7-8停止加硅酸钠，在常温下静置5小时；
（3）开动搅拌将凝胶打碎，升温至60℃，保温1小时；
（4）利用板框压滤机将反应物料过滤、水洗，洗至水的电导率为1000μs/cm以下；
（5）将上述滤饼用高速分散机在2000转/分的下，分散30分钟；
（6）利用闪蒸干燥进行脱水，保持进口温度300-320℃下，调整粒度为12μm；
（7）将上述物料，加入盘式滚球机，加入20%的碱性硅溶胶进行滚动成型，使平均粒度达到3mm；
（8）将步骤（7）的产品利用烘箱在90-105℃下进行干燥，即得产品。
实施例二
(1)将硅酸钠配制成以二氧化硅计10%wt的溶液1000克，称取氯化铁20克，硫酸加水配制成20%wt的水溶液250克；
（2）将250克20%wt硫酸水溶液加入反应釜，开动搅拌，在30℃加入20克的氯化铁,待其溶解后，然后在25℃下，以200-300g/min的速度加入配制好的硅酸钠溶液，至pH7-8停止加硅酸钠，在常温下静置5小时；
（3）开动搅拌将凝胶打碎，升温至60℃，保温2小时；
（4）利用板框压滤机将反应物料过滤、水洗，洗至水的电导率为1000μs/cm以下；
（5）将上述滤饼用高速分散机在2000转/分的下，分散30分钟；
（6）利用闪蒸干燥进行脱水，保持进口温度300-320℃下，调整粒度为15μm；
（7）将上述物料，加入盘式滚球机，加入20%的碱性硅溶胶进行滚动成型，使平均粒度达到3mm；
（8）将步骤（7）的产品利用烘箱在90-105℃下进行干燥，即得产品。
实施例三
(1)将硅酸钠配制成以二氧化硅计10%wt的溶液1000克，称取氯化铁30克，硫酸加水配制成20%wt的水溶液250克；
（2）将250克20%wt硫酸水溶液加入反应釜，开动搅拌，在30℃加入30克的氯化铁,待其溶解后，然后在25℃下，以200-300g/min的速度加入配制好的硅酸钠溶液，至pH7-8停止加硅酸钠，在常温下静置5小时；
（3）开动搅拌将凝胶打碎，升温至60℃，保温1小时。
（4）利用板框压滤机将反应物料过滤、水洗，洗至水的电导率为1000μs/cm以下;
（5）将上述滤饼用高速分散机在2000转/分的下，分散30分钟。
（6）利用闪蒸干燥进行脱水，保持进口温度300-320℃下，调整粒度为15μm。
（7）将上述物料，加入盘式滚球机，加入20%的碱性硅溶胶进行滚动成型，使平均粒度达到5mm。
（8）将步骤（7）的产品利用烘箱在90-105℃下进行干燥，既得产品。
实施例四
(1)将硅酸钠配制成以二氧化硅计5%wt的溶液1000克，称取氯化铁15克，硫酸加水配制成30%wt的水溶液166.7克；
（2）将166.7克30%wt硫酸水溶液加入反应釜，开动搅拌，在30℃加入15克的氯化铁,待其溶解后，然后在25℃下，以200-300g/min的速度加入配制好的硅酸钠溶液，至pH7-8停止加硅酸钠，在常温下静置4小时；
（3）开动搅拌将凝胶打碎，升温至60℃，保温2小时；
（4）利用板框压滤机将反应物料过滤、水洗，洗至水的电导率为1000μs/cm以下；
（5）将上述滤饼用高速分散机在2000转/分下分散30分钟；
（6）利用闪蒸干燥进行脱水，保持进口温度300-320℃下，调整粒度为15μm；
（7）将上述物料，加入盘式滚球机，加入20%的碱性硅溶胶进行滚动成型，使平均粒度达到5mm。
（8）将步骤（7）的产品利用烘箱在90-105℃下进行干燥，即得产品。
 二氧化硅除氟剂性能表
实施例 孔容               ml/g 比表面积           m2/g 平均粒径mm 氟脱除率% 1 1.05 404 3.0 99.2 2 1.08 420 3.0 99.3 3 1.05 421 5.0 99.4 4 1.08 432 5.0 99.7