高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法及获得的改性活性氧化镁作为除氟剂的应用

摘要

本发明公开了一种高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，先将粉末状的MgO在300-500℃下高温焙烧1-3h，取出，浸泡于乙酸溶液中，浸泡一段时间后，取出烘干，再次在高温焙烧，得到改性后的活性氧化镁。经过本方法改性后的活性氧化镁吸附效果好、成本低廉、安全可靠，改性方法简单便利。将其作为吸附剂去除水中的氟具有很好的应用前景，具有显著的经济、社会和环境效益。

说明书

技术领域：

本发明主要涉及一种活性氧化镁的改性方法，具体涉及高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法及获得的改性活性氧化镁作为除氟剂的应用。 

背景技术：

饮用高氟水而导致的氟病是世界上分布最为广泛的地方病之一，长期饮用氟含量过高的水，对人体健康有危害，轻者产生氟斑牙，重者造成氟骨症，甚至丧失劳动能力。饮水型地方性氟中毒发生地区，青少年骨生长发育障碍发生率在30%～46%之间，明显高于非病区。 

目前，水中氟的去除方法主要有吸附法、离子交换法、化学沉淀法、混凝法、电渗析法、反渗透法和膜交换法等。这些方法各有特点，其中吸附法由于成本较低，操作简便，且除氟效果较好，应用最广泛。常用的吸附剂有沸石、活性氧化铝等。但天然沸石因含有许多杂质而阻塞其孔道，吸附性能受到限制，活性氧化铝吸附法是世界上广泛应用的饮用水除氟方法，其吸附容量一般为0.8～2.0mg/g，最高可达15.0mg/g，但目前常用的活性氧化铝吸附剂会在吸附过程中溶出铝离子，造成水体二次污染，而长期饮用含铝离子高的水会使人们患老年痴呆症。活性氧化镁对氟的吸附容量可达10～14.2mg/g,并具有原料易得的特点,因而受到许多研究者的重视。现有的报道主要针对活性氧化镁除氟的吸附特性和吸附机理以及利用微波辐射、高温焙烧等方法制备活性氧化镁等方面，而针对除氟的活性氧化镁的改性仅有胡佳研究了氧化镁与淀粉的复合改性，用改性后的氧化镁除氟剂0.1g处理100ml，20mg/L的含氟水，平衡吸附容量由约3.5mg/g提高到约4.5mg/g，较未改性活性氧化镁的平衡吸附量提高约28.57%，平衡吸附容量仍然比较低，且改性方法复杂。 

本发明旨在研究活性氧化镁的新改性方法，以显著提高其吸附容量，开发经济实用、高效安全的除氟吸附剂，具有重要的实际意义。 

发明内容：

本发明提供了一种高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，目的在于针对现有吸附剂的诸多弊端，研究一种容量高、活性高、成本低、安全性好的除氟吸附剂的方法，解决目前除氟吸附剂吸附容量低和金属离子溶出问题，具有现实意义，有利于饮水安全和环境保护。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，其特征在于：依次按以下步骤进行： 

（1）将粉末状的MgO置于三角瓶中，然后将其放入马福炉中，在300-500℃下高温焙烧1-3h后,取出； 

（2）取步骤（1）高温活化后的活性氧化镁，放入CH₃COOH溶液中振荡浸泡30min-80min，然后再离心分离，并在一定温度下烘干，备用； 

（3）将乙酸浸泡改性后的活性氧化镁再在400-600℃下高温焙烧4-6h后，得到改性的活性氧化镁。 

所述的高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，其特征在于：步骤（2）所述的CH₃COOH溶液的浓度为0.5-1.5%。 

所述的高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，其特征在于：步骤（2）中用乙酸溶液浸泡氧化镁时，氧化镁与CH3COOH溶液的质量体积g/ml为（0.3-0.6）：10。 

所述的高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的振荡浸泡时间50min-60min。 

所述的高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的烘干温度为100℃-110℃。 

步骤3中制得的改性活性氧化镁装袋密封，保存在阴凉干燥处。 

所述的高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法改性获得的改性活性氧化镁。 

本发明方法制得的改性活性氧化镁作为除氟剂的应用，可用于处理高氟水，效果很好。 

静态除氟试验表明，本发明制得的改性活性氧化镁，用其处理氟离子浓度为20mg/L的高氟水，可在5h内将氟离子浓度降到1mg/L以下。吸附平衡常数为0.37L/mg,饱和吸附 量达88.50mg/g。 

由此可以看出本发明上述方法制备的改性活性氧化镁作为除氟剂，除去水中的氟的效果好，可以作为除氟吸附剂。 

本发明的有益效果： 

本发明利用高温焙烧与乙酸浸泡然后在焙烧，制得的改性活性氧化镁，用于去除水中的氟离子效果好，且成本低廉、简单便利、安全可靠，且容量高、活性高，解决目前除氟吸附剂吸附容量低和金属离子溶出问题，具有现实意义，有利于饮水安全和环境保护。可以加大活性氧化镁作为吸附剂除氟的推广应用力度，具有显著的经济、社会和环境效益。 

实验数据证明： 

1）吸附效果好：原始活性氧化镁饱和吸附量为59.52mg/g，改性后饱和吸附量达88.50mg/g，提高48.69%。 

2）吸附剂用量少：0.1g改性后的氧化镁就能使100ml，20mg/L的含氟水其降到1mg/L以下。 

3）安全可靠：未改性活性氧化镁处理100ml，20mg/L的含氟水时，Mg²⁺溶出浓度为3.015mg/L，改性后的氧化镁处理同样浓度的含氟水时，Mg²⁺溶出浓度为1.43mg/L，Mg²⁺溶出浓度降低50%以上。 

具体实施方式：

实施例1一种高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，依次按以下步骤进行： 

（1）将粉末状的MgO置于三角瓶中，然后将其放入马福炉中，在300℃下高温焙烧3h后,取出； 

（2）取步骤（1）高温活化后的活性氧化镁，放入CH₃COOH溶液中振荡浸泡80min，然后再离心分离，并在110℃下烘干，备用； 

（3）将乙酸浸泡改性后的活性氧化镁再在600℃下高温焙烧4h后，得到改性的活性氧化镁。 

实施例2 

一种高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，依次按以下步骤进行： 

（1）将粉末状的MgO置于三角瓶中，然后将其放入马福炉中，在360℃下高温焙烧2h后,取出； 

（2）取步骤（1）高温活化后的活性氧化镁，放入CH₃COOH溶液中振荡浸泡50min，然后在离心分离，并在100℃温度下烘干，备用； 

（3）将乙酸浸泡改性后的活性氧化镁再在500℃下高温焙烧5h后，得到改性的活性氧化镁。 

实施例3 

一种高温焙烧和乙酸浸泡复合改性活性氧化镁的方法，依次按以下步骤进行： 

（1）将粉末状的MgO置于三角瓶中，然后将其放入马福炉中，在500℃下高温焙烧1h后,取出； 

（2）取步骤（1）高温活化后的活性氧化镁，放入CH3COOH溶液中振荡浸泡80min，然后在离心分离，并在110℃温度下烘干，备用； 

（3）将乙酸浸泡改性后的活性氧化镁再在600℃下高温焙烧4h后，得到改性的活性氧化镁。 

用本实施例2所制得的改性活性氧化镁作为除氟吸附剂吸附水中的氟与常规除氟剂进行比较，结果如表1。 

表1不同氧化镁的除氟效果 

注：G₁：300-500℃；G₂：400-600℃ 

由表1实验数据可知： 

1）单独高温焙烧和单独乙酸浸泡改性活性氧化镁的除氟效果均没有复合改性方法的效果好； 

2）盐酸、硫酸等强酸不适宜用于活性氧化镁的改性，因为活性氧化镁溶于强酸，所以选择弱酸乙酸作为改性剂。 

3）0.1g改性后的氧化镁处理100ml，20mg/L的含氟水，平衡吸附容量由13.6052mg/g提高到19.4133mg/g，较未改性活性氧化镁的平衡吸附容量提高约46.76%。（文献报道的氧化镁与淀粉复合改性除氟剂0.1g处理100ml，20mg/L的含氟水，平衡吸附容量由约3.5mg/g提高到约4.5mg/g,较未改性活性氧化镁的平衡吸附量提高约28.57%。）