一种饮用水除氟剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种饮用水除氟剂及其制备方法和应用，所述饮用水除氟剂为利用废弃鸡蛋壳为原料，负载铁和铝的固体除氟剂，用于负载铁和铝的溶液为FeCl

【技术实现步骤摘要】
一种饮用水除氟剂及其制备方法和应用
本专利技术属于食品废弃物加工处理和环境保护领域，具体涉及到一种饮用水除氟剂及其制备方法和应用。
技术介绍
我国是地方性氟病受害较重的国家之一，人主要通过饮水来摄入氟，饮水型氟疾病约占总患病人数的90％以上，因此，对饮用水中的除氟材料的研究具有现实意义。茶叶中的氟含量较高，在我国的华北、西北、东北和黄淮海平原地区等饮用水中氟含量较高的地区，用普通饮用水泡茶时，茶汤中的氟含量已经超过安全上限。据报道，目前国内外用于饮用水中除氟的方法主要有化学沉淀法，混凝沉淀法，吸附法等。近年来采用得较为普遍的溶液中除氟方法是吸附法。吸附法所使用的设备简单，且不需要为之提供电力，适用于家庭中饮用水的处理。市面上常见的除氟吸附材料包括铝盐、沸石、蒙脱土、高岭土、矾土、骨炭、鱼骨、石膏材料、水泥黏土团、稀土金属、改性壳聚糖等等。由于成本，使用技术，设备，使用效率，安全风险等因素,用以上方法处理高氟水，在我国一些有高氟地下水的地区推广受到一定限制。目前市面上的除氟材料，多用于工业生产，大规模加工，工艺后的废水处理等，但是没有针对家庭日常生活中使用的。家庭日常用水中往往不会关注到高氟的处理。在水源中氟含量较高的地区，在一些情况下，例如泡茶，制作食物等，会使摄入的氟过量，对身体造成不良影响。常见除氟材料通常用于大规模工业生产中，且处理过的液体不可直接饮用，还需后处理。因此，开发出可家庭使用的对氟离子有高选择性吸附能力的吸附材料十分必要。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提供一种饮用水除氟剂及其制备方法和应用,得到一种使用方便的，起效迅速的，安全有效的除氟剂，能够将超过饮用水中氟含量上限的氟离子含量直接降低到安全范围之内，并能通过简易处理后，反复使用多次。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案为：一种饮用水除氟剂，所述饮用水除氟剂为利用废弃鸡蛋壳为原料，负载铁和铝的固体除氟剂，用于负载铁和铝的溶液为FeCl3·6H2O溶液和Al2(SO4)3·12H2O溶液，FeCl3·6H2O溶液浓度为0.45-0.55mol/L，Al2(SO4)3·12H2O溶液浓度为0.3-0.5mol/L。优选地，所述的鸡蛋壳选用清洁的，未被腐蚀的，不需去掉生物膜的生鸡蛋壳。一种饮用水除氟剂的制作方法，所述方法包括以下步骤：1)生鸡蛋壳，洗净后干燥，压碎，过筛；2)选用10-40目的生鸡蛋壳于烧杯中，加入HCl溶液进行活化处理，用磁力搅拌器搅拌，得到活化后的鸡蛋壳；3)活化后的鸡蛋壳取出洗涤至中性，加入FeCl3·6H2O溶液和Al2(SO4)3·12H2O溶液的混合液，用磁力搅拌器搅拌，加入NaOH溶液调节pH，继续用磁力搅拌器搅拌，静置后过滤，保留包含鸡蛋壳的固体部分；4)烘干、洗涤、干燥，得到所述除氟剂。优选地，所述步骤2)中，HCl溶液的浓度为0.005-0.015mol/L，活化过程中，鸡蛋壳与HCl溶液的固液比为(1:4)-(1:10)，活化处理时间为10-20分钟。优选地，所述步骤3)中，加入0.45-0.55mol/LFeCl3·6H2O溶液和0.3-0.5mol/LAl2(SO4)3·12H2O溶液的1：1混合液。优选地，所述步骤3)中，加入混合液后，用磁力搅拌器搅拌半小时，调节pH后，继续搅拌半小时，而后静置。优选地，所述步骤3)中，调节pH至5.5-6.5。优选地，所述步骤4)中，干燥过程低于50℃下，取出后自然冷却。烘干过程中，温度应控制在100℃以内，并缓慢升温。所述除氟剂或所述方法制备的除氟剂用于高氟茶汤中的氟离子去除。优选地，此方法制备的除氟剂，在使用过程中，除氟剂的质量与需除氟溶液的体积比为(1:100)-(1:150)。所述除氟剂或所述方法制备的除氟剂重复使用的处理方法，所述方法为将使用过的除氟剂放入热的饱和小苏打溶液中，洗涤2-3次，取出后干燥。优选地，所述除氟剂与饱和小苏打溶液的固液比为1:(20-25)。优选地，所述饱和小苏打溶液的温度为70-90℃，洗涤时间为0.4-2小时。本专利技术具有以下有益效果：本申请提供了一种能够在家庭日常饮用水或者饮用液体中直接使用的除氟剂及其制备工艺，并且能够通过简易的洗涤过程，重复使用。此除氟剂的原料易得，制备过程简便，使用方法简单，安全，有效，成本低廉。鸡蛋壳中，碳酸钙的含量高于95％，且具有天然多孔结构，比表面积大，是一种天然良好的钙源和负载基体，蛋壳内部覆盖的一层生物膜为蛋白质，在简易的烧制过程后，能够有效的改性，不会造成二次污染，基本不影响金属离子在蛋壳上的附着，在加工蛋壳前也无需刻意剔除。铁，铝，钙经常被用作除氟工艺中。在三卤化铝中AlF3是唯一的离子性化合物，在晶体AlF3中由于Al是六配位的，不易二聚，是一种路易斯酸，易溶于水中，并且会发生水解。但是若单独使用Al3+离子来使氟离子形成化合物后，很难从水溶液中除去，饮用后会对人体造成危害。铁与氟离子形成的配位化合物呈八面体形并且是高自旋的。Fe3+离子与F-离子之间有较强的亲和力，形成FeF3的三级平衡常数分别为K1≈105；K2≈105；K3≈103，是远大于其水解反应的。当采用碱洗以达到除氟剂可重复使用的目的时，需考虑Fe3+离子易发生水解而沉淀。Ca3+离子与F-离子可生成离子型盐，其溶度积为1.7×10-10，远小于与OH-的溶度积1.3×10-6。本专利技术中，借助鸡蛋壳这种天然的多孔碳酸钙，将铁离子和铝离子同时负载上去，使铝和铁固定，让铁、铝和钙都能发挥其配位能力，解决了铁离子和铝离子的上述问题，既使之达到良好的除氟效果又能够方便使用无安全问题。附图说明图1本专利技术除氟剂的成品状态图；图2实施例2除氟剂置于茶汤中的状态图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1本实施例提供一种除氟剂的制备方法和一种洗涤办法，用于配置的氟化钠溶液中除氟容量的测定和二次利用效果的测定。除氟剂的制备方法包括以下步骤：将鸡蛋壳洗净，干燥，压碎，过筛。选用20-40目大小的鸡蛋壳，称量4.0g，放入50mL的烧杯中。加入0.01mol/L的HCl溶液24mL，用磁力搅拌器搅拌15分钟后滤出，干燥。反应过程中，鸡蛋壳中的钙与盐酸反应产生二氧化碳，刚开始时鸡蛋壳表面产生大量气泡，会导致鸡蛋壳漂浮在液体中，需加大磁力搅拌器转数，随反应的进行，气泡的产生过程趋于平缓。将0.5mol/LFeCl3·6H2O溶液和0.4mol/LAl2(SO4)3·12H2O溶液混合，移取10.0mL于50mL带塞锥形瓶中，将活化后的鸡蛋壳加入，用磁力搅拌器搅拌约半小时。加入稀NaOH溶液调节pH至6.37，继续用磁力搅拌器搅拌约半小时，调节pH的用时忽略不计。静置二十分钟。过滤，保留包含鸡蛋壳的固体部分。放入马弗炉中，在95℃下烘干约两小时。取出后自然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种饮用水除氟剂，其特征在于，所述饮用水除氟剂为利用废弃鸡蛋壳为原料，负载铁和铝的固体除氟剂，用于负载铁和铝的溶液为FeCl

【技术特征摘要】
1.一种饮用水除氟剂，其特征在于，所述饮用水除氟剂为利用废弃鸡蛋壳为原料，负载铁和铝的固体除氟剂，用于负载铁和铝的溶液为FeCl3·6H2O溶液和Al2(SO4)3·12H2O溶液，FeCl3·6H2O溶液浓度为0.45-0.55mol/L，Al2(SO4)3·12H2O溶液浓度为0.3-0.5mol/L。


2.根据权利要求1所述的饮用水除氟剂，其特征在于，所述的鸡蛋壳选用清洁的，未被腐蚀的，不需去掉生物膜的生鸡蛋壳。


3.一种饮用水除氟剂的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）生鸡蛋壳，洗净后干燥，压碎，过筛；
2）选用10-40目的生鸡蛋壳于烧杯中，加入HCl溶液进行活化处理，搅拌，得到活化后的鸡蛋壳；
3）活化后的鸡蛋壳取出洗涤至中性，加入0.45-0.55mol/LFeCl3·6H2O溶液和0.3-0.5mol/LAl2(SO4)3·12H2O溶液的1：1混合液，搅拌，加入NaOH溶液调节pH，继续用搅拌，静置后过滤，保留包含鸡蛋壳的固体部分；
烘干、洗涤、干燥，得到所述除氟剂。


4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤2）中，HCl溶液的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄航宇，梁静宇，李涛，石增敏，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42