活性氧化铝是什么

发布时间:2012/6/30 10:14:18 浏览次数:458
活性氧化铝
巩义市怡泉水处理生产:活性氧化铝(干燥剂)、活性氧化铝(吸附剂)、活性氧化铝(催化剂)www.fuyuan518.com  
         活性氧化铝是用天然氧化铝的水合物在 400-600℃的温度下灼烧而成的白色颗粒状多孑L吸附剂。因天然氧化铝的水合物经不同温度热处理后得到的 8 种亚稳态氧化铝中,y-Al2 03 和 IrAl2 03 的化学活性最高,所以把这两种亚稳态氧化铝称为活性氧化铝。它们具有较大的比表面积,对氟、磷等有较大的选择吸附性。宁平等研究活性氧化铝对水中磷酸盐的吸附过程,结果表明. y-Al2 03 比活性炭有较高的吸附容量. r-Al203 的最大吸附容量是活性炭吸附容量的 3-9倍。y-Al203 比一般氧化铝的表面积大,且具有离子交换树脂的交换能力,其与氟离子的交换吸附反应如下:    Al203 +Al2(SO4)3.nH20+ 6F一= Al203.2AlF3. riH20+3SO2  
       活性氧化铝不是纯粹的 Al203·而是含有部分水的无定形多孔结构物。活性氧化铝是一种很有应用潜力的水处理极性吸附剂,应用较广的是一种多孔铝氧化物,外观为白色微细结晶或微红色棒状物,其密度为 3.5-3.9 g/cm3. 熔点为 2018℃. 折射率为 1. 7,比表面积为200-400m2/g·化学活性低,化学性质稳定,吸附性能好,抗压和耐磨强度高,不溶于水,微溶于酸或碱。活性氧化铝具有两性吸附的性质,通过调节溶液的 pH 值可以分离溶液中的阴离子。活性氧化铝在美国被推荐为去除包括氟化物在内的多种无机离子的最佳处理技术。  
         活性氧化铝往往在使用一定时间后除氟容量逐渐下降,再生周期缩短. 使用一年左右后失效. 失效的主要原因是它的孔隙被沉积的淤泥微粒堵塞,致使比表面积缩小。活性氧化铝的交换吸附能力达到饱和以后,可采用再生液再生或高温灼烧的方法使其恢复活性。再生液再生时应先将失效的氧化铝浸泡、搓洗以清除其表面堵塞的微粒,再用硫酸铝、氢氧化钠等再生液进行再生,以恢复其表面活性. 这些再生液的再生效果较好且比较经济;高温灼烧是在500℃的温度下灼烧半小时,这是因为在 500℃的高温条件下,氧化铝呈 V形. 比常温时Al2 03 的吸附能力强。活性氧化铝处理含氟废水时,废水初始浓度不宜太高,活性氧化铝的粒径以 0.5-2.0mm为宜,原水的 pH值在 5.0-6.5 时吸附容量最高。
   二: 活性氧化铝的表面处理
      1: 使用前的表面处理
为了提高活性氧化铝颗粒的比表面积. 增加除氟能力. 活性氧化铝在使用前需进行表面处理,通常采用水洗法、稀硫酸浸泡或硫酸加硫酸铝浸泡等方法。试验结果表明,用水洗法进行处理比用硫酸和硫酸加硫酸铝浸泡方法进行表面处理后的除氟能力低,主要原因是水洗法不能去除氧化铝孔隙中的微粒及可溶杂质. 使孔隙表面失去除氟能力。硫酸浸泡方法与硫酸加硫酸铝浸泡方法除氟效果没有差别。无论何种处理方法. 在加入含氟水的 pH值为 7 左右时. 处理后水的 pH值可达 10左右,说明除氟过程中产生了 OH-。试验还发现,加入含氟水搅拌后水浑浊并产生沉淀。水洗法进行表面处理后的除氟效果是硫酸浸泡法进行表面处理后除氟效果的 80%左右。
     2: 使用后的表面处理
           活性氧化铝处理含氟水失效后,也即活性氧化铝除氟容量饱和后,为再次使用,还需再进行表面处理. 也即活性氧化铝的再生。常用的三种方法分别是水进行动力再生. 即用在一定强度范围内的高速水流冲洗颗粒,直到冲洗出水中基本无晶状颗粒物为止;另一种再生方法是用氢氧化钠的水溶液进行再生,即用氢氧化钠水溶液浸泡 24h,浸泡时多次搅拌. 然后用水洗到 pH值为 7 左右;还有一种方法是用氢氧化钠溶液浸泡后再加硫酸铝溶液浸泡24h. 然后水洗到 pH值为 7 左右。用含氟 5.5mg/L 的水对上述三种方法再生的活性氧化铝进行除氟试验. 试验结果表明. 失效后的活性氧化铝在高速水流冲洗条件下恢复了大部分除氟能力,用水洗法进行再生处理的活性氧化铝的除氟能力是氢氧化钠和氢氧化钠加硫酸铝再生处理方法的 78%,是第一次使用时的 83%。根据试验结果和试验现象可以得出如下结论:用高速水流冲洗法进行再生处理使活性氧化铝恢复了大部分除氟能力. 并在冲洗时产生大量沉淀物,这种沉淀物与活性氧化铝表面结合得不牢固,在水流的高速冲击下从活性氧化铝表面脱落. 从而暴露出新鲜表面。为了验证这一推论,将水洗法产生的沉淀物自然晾干. 然后用 1. 0%的氢氧化钠溶液浸泡 24h,测定溶解的沉淀物,结果证明有 43%的沉淀物被溶解.这说明用氢氧化钠和氢氧化钠加硫酸铝进行再生的处理效果明显优于用水洗法进行再生的效果,同时还发现用氢氧化钠和氢氧化钠加硫酸铝进行再生的处理效果没有区别。
     三: 活性氧化铝的除污机理
          活性氧化铝是一种多孔性、高分散度的固体物料,有很大的比表面积,并且微孔表面具有较强的吸附性及吸湿性. 日前关于活性氧化铝的除污机理研究较多. 但存在不同的看法。归纳起来,活性氧化铝去除水中杂质 (以氟为例)可能有两种方式:一种认为活性氧化铝除氟是吸附过程;另一种则认为活性氧化铝除氟是离子交换过程。即金属在溶液中电解产生金属离子. 形成一系列金属氢氧化物以及多羟基的金属水合氧化物,水中的氟离子与氧化铝表面的水合氧化物的羟基功能基之间进行离子交换. 从而达到去除目的。
       活性氧化铝对氟和磷有很强的去除能力。活性氧化铝的吸附容量主要与水中含氟 (或磷)量、pH 值和氧化铝的粒度等有关. 活性氧化铝具有除氟 (或除磷)选择性高和再生较为容易等优点。
 活性氧化铝吸附法是目前国内外研究较为成熟、采用也较为广泛并成功地投诸于含氟水处理的一种有效方法。活性氧化铝除氟设备与离子交换相似,为了获得较高的除氟吸附容量,需把 pH值调低. pH值为 5. 5 时,氧化铝吸附速率最大,但为了满足水质要求和控制腐蚀. pH值应适当呈微酸性即可。氧化铝除氟失效后. 一般用 NaOH溶液进行再生。
      1:吸附
       活性氧化铝的吸附过程实质上是 F- 向活性氧化铝吸附剂扩散的过程 (以活性氧化铝除氟为例)。首先. 溶液中的 F- 由液相向吸附剂外表面扩散 (膜表面扩散);接着,F-在吸附剂孔内扩散 (孔扩散);最后,F-在氧化铝的活性位点上被吸附。对于颗粒活性氧化铝来说,吸附的控制步骤为颗粒内扩散。因此. 粒径的大小决定了吸附反应速度快慢. 粒径越小吸附速度越快,但过小的粒径会造成吸附床层堵塞从而导致吸附效率下降. 同时粒径过小也可能会造成固液分离困难。活性氧化铝的除氟容量主要受氧化铝的粒径、原水含氟量pH值和 CO[-、HCO3' 含量的影响,即除氟容量随氧化铝颗粒粒径的减小而增大,随原水含氛垦的升高而升高. 随原水中 CO3-、HC()3- 含量咐增高而降低。
          金属水合氧化物 (如氧化铝)在溶液中电解产生金属离子. 在适宜的 pH 值时发生矿物表面羟基化形成一系列金属氢氧化物以及多羟基金属水合氧化物,表面羟基功能基的存在使之强大的亲和力,通过共价键化学吸附、静电吸附和离子交换吸'附等作用发挥羟基的交换作用,吸附、固定氟化物。
    2 :离子交换
     活性氧化铝是两性物质,有酸性和碱性中心,还有氧化和还原表面中心。含有游离碱的氧化铝具有阳离子的交换性能,含有游离酸的氧化铝具有阴离子的交换性能。
四:活性氧化铝的特点
            氧化铝是一种用途广泛的化学物质. 用作吸附剂、催化剂及催化剂载体的多孔性氧化铝一般称为活性氧化铝。它是一种多孔、高分散度的材料,有很大的比表面积. 其微孔表面具有较强的吸附能力。活性氧化铝一般是由氢氧化铝加热脱水而得到的,在整个热转化过程中. 水合物的形态 (如晶形和粒度)、加热的气氛与快慢以及杂质含量等均会对氧化铝的形态有很大影响。活性氧化铝是目前饮用水处理中除氟的常用吸附剂,典型的除氟吸附剂活性氧化铝的规格。
                           典型的活性氧化铝除氟吸附剂规格
                                             球状颗粒
                    粒径                           2-3mm        
                    松密度                         约0.9kg/l
                    交换容量                      1.2g/kg
                  点抗压强度                    ≥0.2MPa/颗
                  比表面积                       200-400m2/g
                  总孔容积                        0.3-0.6m3/g
饱和平衡吸附量                        >28%水
 
 
           归纳起来下几个特点。
①:活性氧化铝具有较大的比表面积,并且具有“孔道”内表面以及晶格缺陷. 对氟的吸附能力强,在水溶液中能进行离子交换等。研究结果表明. 活性氧化铝的氟交换容量是原水氟浓度、pH值及再生剂用量的函数. 原水氟浓度越高,氟的交换容量越大;pH 值越低,再生剂用量越大,交换容量越大。
②:活性氧化铝对氟的交换能力不受原水中 So2- 和 C1-浓度的影响,这与活性氧化铝的吸附能力顺序有关. 其吸附能力顺序由大到小排列为:H >POi- >F- >SOl- >C,02- >NO2- >Ci- >NO3- >Mn03- >503-
③:活性氧化铝的价格比人工合成树脂和骨炭便宜。
④:处理后的活性氧化铝可以利用明矾、盐酸、硫酸等作为再生试剂进行再生处理后再利用。报废Al203除氟容量低的主要原因是由于吸附氟达到饱和后颗粒表面覆盖了一层泥砂,随着溶液 pH值上升,氧化铝的除氟容量值逐渐下降,若原水 pH 值在 8. 0 以上,可在原水中适当加酸. 调节 pH值到 6.0-7.0. 这样能使活性氧化铝的除氟容量值增高。有研究认为选择氧化铝的颗粒在2-5mm较为合适,不管氧化铝是否经过预处理,直接加热到500℃的吸附效果都很好。再生液盐酸体积分数选择在 6 % -10%时效果较好. 明矾选择体积分数3%-5%较合适,硫酸体积分数选择在25% -29%时效果较好. 浸泡时间 1-3h。如果原水中Sc)2- 浓度不高,选择硫酸作为再生液最合适,并且采用流动淋洗法处理氧化铝可缩短再生时间. 增强再生处理效果。
五:活性氧化铝在水处理方面的应用研究
              活性氧化铝在水处理领域的应用. 主要是利用其吸附性能. 去除水中的污染物、颜色和恶臭等。例如可去除水中的氟、砷和磷等,对染料废水进行脱色处理,对造纸废水进行除臭等 性氧化铝在水处理中应用最多的是除氟. 氧化铝是一种两性物质,等电点约为 pH值等于9.5,当 pH值<9.5 时,氧化铝吸附阴离子. pH>9.5 时,氧化铝吸附阳离子。
       1: 除氟
饮用水除氟器宜采用粒径在 0.4-1.5mm且有足够强度的活性氧化铝;进水氟含量宜小于 l0mg/L,pH值调整到 6-7;吸附容量为 3-5 mgF/gAl2 03;过滤速度根据实际情况宜在 2-10m/h;接触时间及反冲洗时间视具体情况而定 (主要受原水含氟量、过滤速度、滤料层厚度、终点含氟量及滤料性能等的影响)。
2::除砷
       活性氧化铝是我国使用最广泛的净水吸附剂之一,所以许多学者对其市售产品进行了吸附砷的试验。静态吸附试验发现,pH 值和水硬度对静态吸附影响很大,处理软水中 As5+的最佳 pH 值为 5-8. 在 pH值固定的情况下,除砷效率随饮用水中含砷浓度的增高而降低. As5-r- 易被吸除,向水中加次氯酸钠可将 As3-L 氧化为 As5+,并且发现当 As3+浓度≤0.75mg/L时,氯的加入剂量不超过 1.0mg/L。动态吸附试验发现. 活性氧化铝的除砷能力随再生次数的增加而下降,出水水质良好,含铝浓度低于 0.0lmg/L 。
3:除磷
   活性氧化铝对磷的吸附过程抗阴离子的干扰性较好。废水中的有机物有可能被活性氧化铝吸附除去,这可能会对活性氧化铝的吸附除磷产生不利影响,但如果吸附除磷设置在二级生物处理之后,则水中残存的有机物队磷吸附的影响程度可以忽略。
   六:活性氧化铝的应用前景及存在问题
        活性氧化铝有很大的比表面积,其微孔面积具有强吸附能力,切对氟、磷、砷等有较好的选择性,因此活性氧化铝在给水处理的除氟、除磷以及除砷等方面有较好的应用前景。但是活性氧化铝作为水处理吸附剂在实际应用中还存在以下一些问题。
     :用活性氧化铝作为水处理吸附剂,其吸附容量小、吸附速度低。若原水中氟浓度过高,活性氧化铝吸附处理效果急剧下降。所以用活性氧化铝处理含氟水时,水中原始氟浓度不宜太高,一般进水氟浓度宜小于10ml/l.
②: 活性氧化铝作为除磷除氟吸附剂,在酸性环境下不但能提高出水水质,而且能延长活性氧化铝滤料的使用周期,更好的发挥滤料的除氟功能。但酸性环境容易造成设备腐蚀。
③:活性氧化铝是饮用水处理中除氟较常用的吸附剂,用活性氧化铝处理高氟水时,活性氧化铝的添加量较多,这样经其处理后不可避免地会混入铝离子,而长期饮用铝离子的水会可能会使人患老年痴呆症。
④:再生次数对活性氧化铝除氟效果有很大的影响。活性氧化铝的吸附容量和通水倍数随着再生次数的增多明显降低。延长活性氧化铝滤料与强碱再生液的接触时间,能增大氟的洗脱率;延长滤料在酸液中浸泡时间,能将滤料残留碱液中和得更彻底。强碱再生活性氧化铝滤料费用高,大量含强碱、强酸废水的排放严重污染周围环境,而且再生后的滤料运行期明显缩短。www.fuyuan518.com

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