本發(fā)明涉及高含氟廢水處理，特別涉及一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氟是人體所必須的一種微量元素，但長期過量攝入高含氟水會對胃腸道、肝臟、腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉、生殖和免疫系統(tǒng)、dna結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響，甚至造成骨硬化，引發(fā)永久性殘疾和癌癥。氟污染除了威脅人類健康，還對生態(tài)環(huán)境有嚴(yán)重危害。氟含量過高會抑制土壤的硝化作用和酸性磷酸酶的活性，改變土壤原生動物群落的結(jié)構(gòu)和酸堿度，影響植物的正常生長。

2、飲用水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定氟化物濃度不得超過1mg/l，因此，在重點管控區(qū)必須對其所產(chǎn)生的含氟廢水進行合理處理，達標(biāo)后才能排放。含氟廢水處理方法主要包含化學(xué)沉淀法、混凝沉淀法、吸附法和結(jié)晶法，此外還有膜分離、離子交換和電絮凝法，目前國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)企業(yè)常采用將不同來源含氟廢水混合后通過化學(xué)沉淀法和混凝沉淀法的聯(lián)用進行水質(zhì)凈化。化學(xué)沉淀法中最常用的沉淀劑是鈣鹽，如石灰、氯化鈣、碳酸鈣和電石渣等，鈣鹽除氟具有不錯的效果，但實際工程中不足之處在于鈣鹽與氟形成的氟化鈣會包裹在氫氧化鈣表面，不利于反應(yīng)的完全進行，導(dǎo)致鈣鹽投加量大（投加量往往為理論值的3~4倍），污泥產(chǎn)率高且成分復(fù)雜，氟化鈣含量較低，再利用價值低。另外單純化學(xué)沉淀法出水無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，一般需要混凝劑進行深度除氟，常用的無機混凝劑有鐵鹽和鋁鹽，有機絮凝劑多用聚丙烯酰胺（pam）。使用鋁鹽的缺點是會引入對人體有害的鋁元素并且導(dǎo)致氯離子超標(biāo)；而鐵鹽需要在較高的ph條件下才能順利進行，這會導(dǎo)致水處理成本增加。

3、電容除氟技術(shù)近年來得到快速發(fā)展，該技術(shù)無需添加化學(xué)藥劑，能避免二次污染，且電極材料可重復(fù)使用，具有長期運行成本低、能耗少、適合大規(guī)模應(yīng)用的優(yōu)點。電容除氟技術(shù)適用于不同氟濃度的水體，可以靈活應(yīng)對多種水質(zhì)條件，對氟離子有高選擇性，能減少其他離子的干擾，提升處理效果。然而，現(xiàn)階段還缺少高吸附容量，高除氟效率，高選擇性能的電容除氟電極材料，阻礙了該技術(shù)的進一步發(fā)展和實際應(yīng)用。

4、中國發(fā)明專利cn103641201a（公開日期：2014年03月19日）公開了一種飲用水除氟電吸附載鑭電極的制備方法及除氟電極，該發(fā)明制備的復(fù)合電極的除氟吸附能力強，強度高，長期使用不破碎，質(zhì)量損失小，無溶出，無二次污染問題，安全可靠。

5、中國發(fā)明專利cn107324459a（公開日期：2017年11月07日）公開了一種魚骨炭除氟電極的制作方法，該發(fā)明中魚骨炭的主要成分為羥基磷灰石，并具有多孔結(jié)構(gòu)，可通過離子交換、吸附、溶解沉淀等方式對氟進行去除。魚骨炭除氟電極可在低能耗下對氟離子進行有效的去除。

6、上述現(xiàn)有技術(shù)雖然在一定程度上能有效提高除氟效率，但并沒有完全解決現(xiàn)有除氟電極存在的吸附容量低，選擇性差，出水濃度高的問題。基于此，本發(fā)明提供一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法及應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本申請?zhí)峁┮环N鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法及應(yīng)用，具體的技術(shù)方案描述如下。

2、一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，包括以下步驟：

3、步驟s1：制備zro2-eralo2/al2o3復(fù)合材料；

4、步驟s2：制備zro2-eralo2/al2o3/cnt粉末；

5、步驟s3：制備電極材料。

6、進一步的，所述步驟s1包括以下步驟；

7、步驟s11：混合α-al2o3、er2o3和zro2粉末并使用行星式球磨機在瑪瑙介質(zhì)中球磨1~2h；

8、步驟s12：將步驟s11得到的粉末混合物煅燒，并進行第二次研磨以消除可能的結(jié)塊，得到zro2-eralo2/al2o3復(fù)合材料。

9、進一步的，所述步驟s2具體為：將zro2-eralo2/al2o3復(fù)合材料和cnt混合在過量的乙醇溶液中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬统曁幚恚俑邷睾娓梢掖迹玫絲ro2-eralo2/al2o3/cnt粉末；其中乙醇溶液與混合物的過量比為1.5~2。

10、進一步的，步驟s11中：所述α-al2o3和er2o3粉末的質(zhì)量比為4~4.5：1，er2o3和zro2粉末的質(zhì)量比為1：1~1.5。

11、進一步的，所述步驟s12中，煅燒條件為：溫度為1200~1500℃，時間9~11h。

12、進一步的，所述zro2-eralo2/al2o3復(fù)合材料和cnt的質(zhì)量比為1：10~100。

13、進一步的，所述攪拌時間為2~4h，超聲處理時間為2~3h，烘干乙醇的溫度為80~90℃。

14、進一步的，所述步驟s3具體為：將步驟s2得到的zro2-eralo2/al2o3/cnt粉末使用對輥機壓制在鈦網(wǎng)上，制備成電極材料。

15、本發(fā)明還提供一種鋁基除氟電極材料，采用如上所述的制備方法所制備而成。

16、本發(fā)明還提供一種上述的鋁基除氟電極材料在促成氟離子脫附和再生方面的應(yīng)用。

17、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本申請的優(yōu)點和效果如下：

18、1、本發(fā)明提供一種氧化鋯、氧化鉺共修飾的鋁基除氟材料，通過碳納米管制備成電極材料，該電極材料能在60min內(nèi)實現(xiàn)90%以上的除氟效率，具備高吸附容量和除氟效率，出水氟離子濃度低于1mg/l，且不受其它陰離子的干擾，具有高選擇性和高處理效率，導(dǎo)電性能優(yōu)良，運行成本低。

19、2、本發(fā)明提供的一種鋁基除氟電極材料可以很好的實現(xiàn)氟離子脫附和再生，重復(fù)使用后性能衰減小，表面修飾和結(jié)構(gòu)可減少有機物或雜質(zhì)附著，具有較高的重復(fù)利用性能。

20、3.本發(fā)明提供的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，環(huán)境友好，所需原材料易獲取，合成工藝簡單，適合規(guī)模化生產(chǎn)，兼顧性能與經(jīng)濟性。

21、上述說明僅是本申請技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術(shù)手段，從而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下以本申請的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

22、根據(jù)下文結(jié)合附圖對本申請具體實施例的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本申請的上述及其他目的、優(yōu)點和特征。

技術(shù)特征：

1.一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，所述步驟s1包括以下步驟；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，所述步驟s2具體為：將zro2-eralo2/al2o3復(fù)合材料和cnt混合在過量的乙醇溶液中，經(jīng)過攪拌和超聲處理，再高溫烘干乙醇，得到zro2-eralo2/al2o3/cnt粉末；其中乙醇溶液與混合物的過量比為1.5~2。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，步驟s11中：所述α-al2o3和er2o3粉末的質(zhì)量比為4~4.5：1，er2o3和zro2粉末的質(zhì)量比為1：1~1.5。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，所述步驟s12中，煅燒條件為：溫度為1200~1500℃，時間9~11h。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，所述zro2-eralo2/al2o3復(fù)合材料和cnt的質(zhì)量比為1：10~100。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，所述攪拌時間為2~4h，超聲處理時間為2~3h，烘干乙醇的溫度為80~90℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法，其特征在于，所述步驟s3具體為：將步驟s2得到的zro2-eralo2/al2o3/cnt粉末壓制在鈦網(wǎng)上，制備成電極材料。

9.一種鋁基除氟電極材料，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-8任一項所述的一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法所制備而成。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種鋁基除氟電極材料在促成氟離子脫附和再生方面的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高含氟廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋯鉺共摻雜的鋁基除氟電極材料制備方法及應(yīng)用，提供了一種氧化鋯、氧化鉺共修飾的鋁基除氟材料、并通過碳納米管制備成電極材料的方法及該電極材料的應(yīng)用。本申請制備而成的電極材料能在60min內(nèi)實現(xiàn)90%以上的除氟效率，出水氟離子濃度低于1mg/L，且不受其它陰離子的干擾，具有高選擇性和高處理效率，運行成本低；此外，該電極材料還能很好的實現(xiàn)氟離子脫附和再生，具有較高的重復(fù)利用性能。

技術(shù)研發(fā)人員：段平洲,王海洋,魏健,郭壯,王維業(yè),李明月,李丹
受保護的技術(shù)使用者：中國環(huán)境科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24