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聚合氯化铝复合羟基磷灰石除氟药剂的制作

  • 氟是地球表面分布最广的元素之一,人体内的氟主要来自饮用水。饮用高氟水造成的氟中毒是涉及世界范围的地方病,中国是世界上氟中毒最严重的国家之一,除上海市外,遍布全国各省。世界卫生组织规定饮用水中氟的含量不超过1.5mg/L。吸附法是目前国内外最常用的饮用水除氟方法。除氟吸附剂品种较多,如沸石、粘土、活性炭、活性氧化铝、骨碳和羟基磷灰石等,但考虑到再生方法的难易、成本和除氟容量,许多吸附剂并未得到实际应用。
  • 80年代中期,活性氧化铝曾流行一时,但由于利用活性氧化铝除氟时,需降低原水的pH值,除氟剂易板结,使用寿命短,铝溶出超标等问题,而被停止使用。
  • 聚合氯化铝是水处理业常用的絮凝剂,但在饮用水应用中需注意铝含量易超标的问题。
    技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足之处,利用粉状羟基磷灰石的高除氟容量和聚合氯化铝的絮凝作用,提供一种除氟容量高、制备和应用工艺简单的聚合氯化铝复合羟基磷灰石的制备方法,包括如下步骤:a. 聚合氯化铝半成品的制备(1)采用结晶氯化铝为原料,研磨均匀;(2)称取结晶氯化铝放入坩埚中,对马弗炉进行预热;(3)控制炉内温度,待温度达到温度为200-300℃时,将坩埚放入马弗炉内焙烧,每隔5-6min搅拌一次,焙烧20-30min;(4)取出坩祸,向坩埚内加入水,加水量按照每10g结晶氯化铝加水2-5mL计算,搅拌均匀,得到粘稠树脂状的聚合氯化铝半成品;b.羟基磷灰石半成品的制备(1)采用氢氧化钙、磷酸为原料,按照钙磷摩尔比1.45-1.75确定氢氧化钙和磷酸的投加质量;(2)在反应器中加入5倍于氢氧化钙投加质量的水,加热至60℃-90℃,并保持水温;(3)将确定投加质量的氢氧化钙用冷水调成糊状,将糊状氢氧化钙加入反应器中,边加边搅拌至均匀;(4)将磷酸加入到3倍于磷酸体积的水中,配制成磷酸溶液;(5)将配制成的磷酸溶液向反应器中滴加,控制滴加速度约为200mL/h,边滴边搅拌,直到磷酸溶液加完,得到羟基磷灰石半成品;c.共聚材料的制备(1)在羟基磷灰石半成品中加入聚合氯化铝半成品,加入量按照原料结晶氯化铝与氢氧化钙的质量比为5-8:1;(2)继续搅拌,保持温度60℃-90℃,反应1-2h;(3)自然冷却到室温,取出产物,进行脱水、洗涤、干燥、粉碎,得到聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚材料。
  • 有益效果:通过共聚方法合成聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚网络结构材料,与现有除氟材料相比,现有材料仅仅为效果单一的除氟材料,如聚合氯化铝是一种无机高分子凝聚剂,有吸附、凝聚、沉淀等性能,单独用于饮用水除微量氟几乎没有效果,且存在水体中铝含量超标的问题;羟基磷灰石的除氟容量虽然高于普通除氟材料,但粉料不易截留,球料除氟容量相对较低。聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚网络结构材料具有协同增效作用,除氟容量比单一的羟基磷灰石除氟滤料提高3倍,比活性氧化铝除氟滤料提高5倍;材料的网络结构有利于网捕水体中铝离子和羟基磷灰石粉体的作用,解决了水体中铝离子超标和水体澄清度的问题;同时共聚材料中的聚合氯化铝活性组分可以促使羟基磷灰石不断再生,提高材料的使用寿命。主要优点如下:1、产品的除氟容量高,与已有技术相比,产品的除氟容量提高3-5倍;2、材料寿命长,在运行过程中不需再生,除氟效果长期稳定;3、使用简单,没有滤料整体更新的问题;4、不存在常见的铝基水处理材料存在的铝离子含量超标的安全隐患。
  • 实施例
    1.采用结晶氯化铝为原料,称取800g研磨均匀的结晶氯化铝放入坩埚中,对马弗炉进行预热,控制炉内温度为250℃时,将瓷坩埚放入炉内焙烧,每隔5min搅拌一次,焙烧30min;
    2.在坩埚中加入400mL水,搅拌均匀,样品聚合,得到粘稠树脂状的聚合氯化铝半成品;
    3.采用氢氧化钙、磷酸为原料,按照钙磷摩尔比1.45-1.75确定氢氧化钙和磷酸的投加质量,在反应器中加入500mL水,加热至60℃,并保持水温;
    4.称取125g氢氧化钙用冷水调成糊状,加入反应器中,搅拌均匀,得到粘稠树脂状的聚合氯化铝半成品;
    5.将100g磷酸加入300g的水中搅拌均匀配成磷酸溶液;
    6.将配制的磷酸溶液向反应器中滴加,控制滴加速度约为200mL/h,边滴边搅拌,直到磷酸溶液加完,得到羟基磷灰石半成品;
    7.待磷酸溶液加完后,加入聚合氯化铝半成品;
    8.继续搅拌,保持温度60℃,反应1.5h;
    9.自然冷却到室温,取出产物,进行脱水、洗涤、干燥、粉碎,得到聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚材料。
  • 实施例2
    1.采用结晶氯化铝为原料,称取1000g研磨均匀的结晶氯化铝放入坩埚中,对马弗炉进行预热,控制炉内温度为290℃时,将瓷坩埚放入炉内焙烧,每隔5min搅拌一次,焙烧30min;
    2.在坩埚中加入500mL水,搅拌均匀,样品聚合,得到粘稠树脂状的聚合氯化铝半成品;
    3.采用氢氧化钙、磷酸为原料,按照钙磷摩尔比1.45-1.75确定氢氧化钙和磷酸的投加质量;在反应器中加入500mL水,加热至75℃,并保持水温;称取125g氢氧化钙用冷水调成糊状,加入反应器中,搅拌均匀;将100g磷酸加入300g的水中搅拌均匀配成溶液;将配制的磷酸溶液向反应器中滴加,控制滴加速度约为200mL/h,边滴边搅拌。待磷酸溶液加完后,加入聚合氯化铝半成品;继续搅拌,保持温度75℃反应120min;取出产物,自然冷却到室温,进行脱水、洗涤、干燥、粉碎,得到聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚复合材料。
  • 实施例3
    1.称取625g研磨均匀的结晶氯化铝放入坩埚中,控制炉内温度为200℃时,将瓷坩埚放入炉内焙烧,每隔6min搅拌一次,焙烧20min;
    2.在坩埚中加入300mL水,搅拌均匀,样品聚合,形成粘稠的树脂状物质。
    3.在反应器中加入500mL水,加热至90℃,并保持水温;
    4.称取125g氢氧化钙用冷水调成糊状,加入反应器中,搅拌均匀;
    5.将100g磷酸加入300g的水中搅拌均匀配成溶液;
    6.将配制的磷酸溶液向反应器中滴加,控制滴加速度约为200mL/h,边滴边搅拌。
    7. 待磷酸溶液加完后,加入PAC半成品粘稠的树脂状物质;
    8.继续搅拌,保持温度90℃反应60min;
    9.取出产物,自然冷却到室温,进行脱水、洗涤、干燥、粉碎,得到聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚材料。
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