本發(fā)明涉及廢水處理，特別涉及一種氟離子可視化吸附材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、正常情況下人類攝入氟化物的主要途徑是通過飲用水，氟攝入量取決于水的日均飲用量和水的氟化物污染水平，微量的氟化物對人體的正常發(fā)育是必要的。然而隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在涉氟行業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含氟工業(yè)廢水，目前很多企業(yè)并沒有完善的水處理設(shè)施來對含氟工業(yè)廢水加以處理，只能將其排放到自然水體中，導(dǎo)致自然水體中氟離子的含量急劇增加，如果人們長期攝入高劑量的氟會導(dǎo)致氟斑牙、骨骼變形等問題，甚至?xí)鸱卸?，給人類自身的健康造成很大威脅。

2、另外，由于含氟工業(yè)廢水通常具有氟離子存在形態(tài)復(fù)雜、濃度差別大、分布范圍廣、去除難度高等特性，同時工業(yè)生產(chǎn)廢水中除含有氟元素外，還含有無機(jī)鹽類或有機(jī)物等其他污染物，導(dǎo)致其處理難度進(jìn)一步增加，嚴(yán)重制約了涉氟行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

3、目前使用吸附材料對飲用水進(jìn)行吸附凈化處理技術(shù)因其成本低、操作簡單，而越來越受到人們關(guān)注。目前用于水處理方面的吸附材料很多，包括黏土、沸石、硅藻土、分子篩、活性炭、樹脂類以及一些納米復(fù)合吸附材料等，并且吸附材料在應(yīng)用于流動狀態(tài)的含氟廢水吸附凈化時，具有凈化效率高、操作簡化、成本低等優(yōu)點。然而，常規(guī)吸附材料仍存在以下問題：常規(guī)吸附材料吸附完成后，難以實時原位監(jiān)測剩余氟離子濃度，無法做到可視化處理；常規(guī)吸附材料吸附完成后，難以直觀可視化判斷材料的吸附飽和性，限制了氟離子的快速深度凈化性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明的目的是提供一種氟離子可視化吸附材料及其制備方法和應(yīng)用，該氟離子可視化吸附材料不僅能夠?qū)λw中氟離子進(jìn)行去除，還能夠?qū)μ幚砗蟮乃w中氟離子濃度以及材料是否吸附飽和進(jìn)行原位實時檢測，實現(xiàn)可視化處理，克服了現(xiàn)有氟離子吸附材料無法同時兼?zhèn)浞x子檢測和可視化處理兩種功能的不足。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個目的是提供一種氟離子可視化吸附材料，其包括以下步驟：將有機(jī)鋁鹽、有機(jī)鑭鹽分散于有機(jī)極性溶劑中，得到前驅(qū)體溶液；在攪拌下，向所述前驅(qū)體溶液中加入引發(fā)劑并經(jīng)紫外光照射，然后進(jìn)行高壓溶劑熱反應(yīng)，后處理，得到鑭-鋁二元聚合物，即為氟離子可視化吸附材料。

4、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有機(jī)鋁鹽與所述有機(jī)鑭鹽的摩爾比為1-10:1；所述有機(jī)極性溶劑的質(zhì)量為所述有機(jī)鋁鹽與所述有機(jī)鑭鹽質(zhì)量總和的5-10倍。

5、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有機(jī)鋁鹽為乙酸鋁、草酸鋁、檸檬酸鋁、異丙醇鋁、仲丁醇鋁、硬脂酸鋁、乙酰丙酮鋁中的至少一種；

6、和/或，所述有機(jī)鑭鹽為乙酸鑭、草酸鑭、異丙醇鑭、乙氧基鑭、乙酰丙酮鑭中的至少一種；

7、和/或，所述有機(jī)極性溶劑為乙醇、丙酮、氯仿、乙醚、乙酸、乙腈、異丙醇、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一種；

8、和/或，所述引發(fā)劑為二苯甲酮、過氧化苯甲酰、過硫酸銨中的至少一種。

9、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述引發(fā)劑的加入量為所述有機(jī)極性溶劑質(zhì)量的0.1%-1.5%。

10、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述攪拌的速度為200-300rpm，時間為5-10min；所述紫外光的波長為254nm，所述紫外光照射時間為10-30min。

11、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高壓溶劑熱反應(yīng)的壓力為5-8mpa，溫度為180-220℃，時間為12-24h。

12、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述后處理依次包括分離、清洗、干燥，所述分離采用真空抽濾的方式進(jìn)行，所述清洗采用乙醇和超純水連續(xù)清洗至少3次，所述干燥的溫度為60-80℃。

13、本發(fā)明的第二個目的是提供一種氟離子可視化吸附材料，其采用如前所述的制備方法制備得到的鑭-鋁二元聚合物。

14、本發(fā)明的第三個目的是提供一種如前所述的氟離子可視化吸附材料的應(yīng)用，其用于含氟廢水中氟離子的吸附處理。

15、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在氟離子濃度為200mg/l的含氟廢水中，所述氟離子可視化吸附材料對氟離子的最大吸附量為194.82mg/g。

16、本發(fā)明的第四個目的是提供一種如前所述的氟離子可視化吸附材料的應(yīng)用，其用于含氟廢水中氟離子的熒光檢測。

17、本發(fā)明的第五個目的是提供一種如前所述的氟離子可視化吸附材料的應(yīng)用，其用于含氟廢水中氟離子的可視化去除。

18、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述含氟廢水中氟離子的可視化去除包括以下步驟：

19、將所述氟離子可視化吸附材料填充到吸附柱中；

20、使含氟廢水流過所述吸附柱；

21、在紫外光下：觀察所述吸附柱的出水顏色，判斷出水中氟離子濃度；并通過觀察所述吸附柱的進(jìn)水顏色、出水顏色，判斷所述氟離子可視化吸附材料對氟離子的吸附是否達(dá)到飽和。具體地，當(dāng)出水顏色為紅色時，表明此時出水中氟離子濃度低于1mg/l；當(dāng)出水顏色與進(jìn)水顏色相同時，表明所述氟離子可視化吸附材料對氟離子的吸附已達(dá)飽和。

22、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述吸附柱為透明材質(zhì)的管狀結(jié)構(gòu)，所述氟離子可視化吸附材料填充在吸附柱的中間形成吸附材料層，吸附材料層的兩端與吸附柱的進(jìn)出水口之間留有空腔；預(yù)留空腔是為了方便觀察進(jìn)水、出水的熒光顯色情況。

23、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述含氟廢水中氟離子的濃度為1-10mg/l；所述含氟廢水是采用蠕動泵導(dǎo)入所述吸附柱中并在所述吸附柱中停留10-30min。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、本發(fā)明是將鋁基材料的優(yōu)異氟離子吸附性能與鑭基材料的氟離子熒光響應(yīng)性能結(jié)合，通過聚合調(diào)控獲得鑭-鋁二元聚合物氟離子可視化吸附材料，從而實現(xiàn)了對氟離子兼具有熒光檢測與吸附處理的雙功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對氟離子的快速吸附、高靈敏定量分析檢測與可視化處理，解決了常規(guī)吸附材料吸附完成后，難以實時原位監(jiān)測剩余氟離子濃度與材料的吸附飽和性，以及無法做到可視化處理的瓶頸問題。

26、本發(fā)明通過選取表面富含羥基、羧基和碳鏈的有機(jī)鋁鹽、有機(jī)鑭鹽，在高溫高壓以及引發(fā)劑的作用下，有機(jī)鋁鹽、有機(jī)鑭鹽表面的羥基、羧基發(fā)生聚合反應(yīng)，從而得到鑭-鋁二元聚合物，使得材料表面羥基、羧基等活性基團(tuán)大大增加，有利于提高對氟離子的吸附速率和效率，能夠?qū)崿F(xiàn)氟離子的快速吸附去除，克服了常規(guī)吸附材料對氟離子吸附速率慢的缺陷。

27、本發(fā)明制備的氟離子可視化吸附材料兼具有對氟離子的熒光檢測（鑭基部分）與吸附處理（鋁基部分）功能，其優(yōu)異的熒光檢測效果可以實現(xiàn)氟離子高靈敏定量分析檢測與可視化處理，即在紫外光下，可根據(jù)出水顏色的變化，判斷出水中氟離子濃度是否達(dá)標(biāo)（低于1mg/l），以及吸附材料是否達(dá)到吸附飽和，可以準(zhǔn)確、有效地實現(xiàn)氟離子處理與監(jiān)測，對于保證氟污染信息的準(zhǔn)確獲取和高效去除具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

1.一種氟離子可視化吸附材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：將有機(jī)鋁鹽、有機(jī)鑭鹽分散于有機(jī)極性溶劑中，得到前驅(qū)體溶液；在攪拌下，向所述前驅(qū)體溶液中加入引發(fā)劑并經(jīng)紫外光照射，然后進(jìn)行高壓溶劑熱反應(yīng)，后處理，得到鑭-鋁二元聚合物，即為氟離子可視化吸附材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟離子可視化吸附材料的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)鋁鹽與所述有機(jī)鑭鹽的摩爾比為1-10:1；所述有機(jī)極性溶劑的質(zhì)量為所述有機(jī)鋁鹽與所述有機(jī)鑭鹽質(zhì)量總和的5-10倍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟離子可視化吸附材料的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)鋁鹽為乙酸鋁、草酸鋁、檸檬酸鋁、異丙醇鋁、仲丁醇鋁、硬脂酸鋁、乙酰丙酮鋁中的至少一種；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟離子可視化吸附材料的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑的質(zhì)量為所述有機(jī)極性溶劑質(zhì)量的0.1%-1.5%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟離子可視化吸附材料的制備方法，其特征在于，所述攪拌的速度為200-300rpm，時間為5-10min；所述紫外光的波長為254nm，所述紫外光照射時間為10-30min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟離子可視化吸附材料的制備方法，其特征在于，所述高壓溶劑熱反應(yīng)的壓力為5-8mpa，溫度為180-220℃，時間為12-24h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟離子可視化吸附材料的制備方法，其特征在于，所述后處理依次包括分離、清洗、干燥，所述分離采用真空抽濾的方式進(jìn)行，所述清洗采用乙醇和超純水連續(xù)清洗至少3次，所述干燥的溫度為60-80℃。

8.一種氟離子可視化吸附材料，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1-7中任一項所述的制備方法制備得到的鑭-鋁二元聚合物。

9.一種如權(quán)利要求8所述的氟離子可視化吸附材料的應(yīng)用，其特征在于，其用于含氟廢水中氟離子的吸附處理。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，在氟離子濃度為200mg/l的含氟廢水中，所述氟離子可視化吸附材料對氟離子的最大吸附量為194.82mg/g。

11.一種如權(quán)利要求8所述的氟離子可視化吸附材料的應(yīng)用，其特征在于，其用于含氟廢水中氟離子的熒光檢測。

12.一種如權(quán)利要求8所述的氟離子可視化吸附材料的應(yīng)用，其特征在于，其用于含氟廢水中氟離子的可視化去除。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的應(yīng)用，其特征在于，所述含氟廢水中氟離子的可視化去除包括以下步驟：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)用，其特征在于，所述吸附柱為透明材質(zhì)的管狀結(jié)構(gòu)，所述氟離子可視化吸附材料填充在吸附柱的中間形成吸附材料層，吸附材料層的兩端與吸附柱的進(jìn)出水口之間留有空腔。

15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)用，其特征在于，所述含氟廢水中氟離子的濃度為1-10mg/l；所述含氟廢水是采用蠕動泵導(dǎo)入所述吸附柱中并在所述吸附柱中停留10-30min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種氟離子可視化吸附材料及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法包括以下步驟：將有機(jī)鋁鹽、有機(jī)鑭鹽分散于有機(jī)極性溶劑中，得到前驅(qū)體溶液；在攪拌下，向所述前驅(qū)體溶液中加入引發(fā)劑并經(jīng)紫外光照射，然后進(jìn)行高壓溶劑熱反應(yīng)，后處理，得到鑭?鋁二元聚合物，即為氟離子可視化吸附材料。本發(fā)明制備的氟離子可視化吸附材料不僅對氟離子具有吸附處理功能，其還具有優(yōu)異的熒光檢測效果，可以實現(xiàn)氟離子高靈敏定量分析檢測與可視化處理，在紫外光下，可根據(jù)出水顏色的變化，判斷出水中氟離子濃度是否達(dá)標(biāo)，以及吸附材料是否達(dá)到吸附飽和，可以準(zhǔn)確、有效地實現(xiàn)氟離子處理與監(jiān)測。

技術(shù)研發(fā)人員：何軍勇,孔令濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15