本發明涉及一種赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑的方法及應用，屬于水處理技術領域。
背景技術：
飲用水中氟含量過高會影響人體鈣、磷代謝，使人體物質代謝及生理功能紊亂，長期處在氟過量的環境中會導致氟斑牙、氟骨病等氟中毒癥狀。中國安全飲用水標準規定氟離子濃度不能超過1.0mg/L。
目前，含氟水的除氟方法主要有混凝沉降法、化學沉淀法、吸附法、離子交換法、電滲析法、反滲透法等。在常用的除氟方法中，吸附法因其具有操作簡單，成本較低，吸附的高選擇性和高效性以及吸附劑的廣泛性等特點而成為應用最廣泛的方法之一。然而，現有的吸附劑大多數存在吸附容量低、吸附緩慢以及最優吸附pH值范圍較窄等問題，所以其應用仍然受到了限制。因此，開發具有較高吸附容量、較快吸附速率以及較寬最優吸附pH值范圍的吸附劑成為一個急需解決的問題。吸附法的效率主要取決于吸附劑的材料，其中金屬氧化物吸附劑由于其材料易得、制備方法簡單成熟、高效的吸附能力得到廣泛的應用。
赤泥是氧化鋁冶煉工業生產過程中排出的固體廢棄物，目前我國赤泥的累計產出量已超過億噸，赤泥的處置成了一項急需解決的問題。但因赤泥堿度高、產生量大，傳統的堆存、填海等處理方式將會對周邊的水體、大氣、土壤造成嚴重污染，嚴重影響了鋁工業的可持續發展。赤泥的組成復雜，富含多種金屬氧化物，其中鐵、鋁氧化物的含量相加超過赤泥的50%。
如果能將鐵、鋁利用簡單的酸浸法從赤泥中回收并制備成高性能的復合金屬氧化物吸附劑用于水中氟的去除，那么這將進一步加深赤泥的資源化利用，為其綜合利用提供了新的思路，制備更高效的除氟吸附劑。為處理高氟水提供了理論依據，對以廢治廢，解決環境問題有重要意義。
技術實現要素：
本發明是為解決現有氟離子去除方法不能兼顧低成本和高吸附容量的問題，提供的一種赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑的方法及應用。
一種赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑的方法是按以下步驟進行的：
一、酸浸赤泥：按液固比（ml/g）10~20將濃度為1~5mol/L的稀鹽酸加入到干燥后的赤泥粉體中，在酸浸溫度為60~100℃下攪拌浸出0.5~2.5h，利用離心機分離后得到浸出液；
二、分離提純鐵、鋁：向步驟一得到的浸出液中加入過量的氫氧化鈉溶液，生成紅褐色沉淀氫氧化鐵，并進行固液分離，取其上清液另置待用；沉淀加入稀鹽酸制成氯化鐵溶液，將其蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，得到六水三氯化鐵；上清液中加入稀鹽酸，先生成白色沉淀，繼續加入稀鹽酸，至白色沉淀全部溶解，生成氯化鋁溶液，將氯化鋁溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，得到六水三氯化鋁；
三、吸附劑的制備：在總濃度為1 mol/L 的條件下，以步驟二得到的六水三氯化鐵和六水三氯化鋁為主要原料，使得摩爾比Fe：Al=0.4~2.4，將其分別用去離子水溶解后混合，于室溫在攪拌下用氫氧化鈉溶液將反應溶液的pH值調節至7~8，將反應得到的沉淀物于室溫下靜置12小時陳化后去掉上清液，用去離子水離心洗滌，離心轉數為1000~5000rpm，時間為5~30min，洗滌數次，于60~105℃下干燥約24h，研磨并過100~300目篩，即得到本發明的吸附劑。
一種赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑的應用是將赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑用于去除水中氟離子，其方法是按以下步驟進行：向含有氟離子的溶液中加入赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑，在室溫下振蕩4~24h后，得到處理后溶液；所述含有氟離子的溶液中氟離子濃度為10~100mg/L，所述赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑的投加量為0.1~1g/L。
本發明的有益效果：
本發明利用從赤泥中提取的鐵、鋁所制備得到的吸附劑去除水中氟離子，制備方法簡單，原料主要取自于赤泥，將進一步加深赤泥的資源化利用。吸附劑的生產成本低廉，適宜大范圍推廣應用。所制備的吸附劑具有介孔結構，平均孔徑為10nm，比表面積為200~300m2/g。經驗證其處理水中氟離子，對水中氟離子的吸附容量可達33mg/g。主要的去除機理為靜電吸附和離子交換作用。
具體實施方式
具體實施方式一：本實施方式一種赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑的方法是按以下步驟進行的：
一、酸浸赤泥：按液固比（ml/g）10~20將濃度為1~5mol/L的稀鹽酸加入到干燥后的赤泥粉體中，在酸浸溫度為60~100℃下攪拌浸出0.5~2.5h，利用離心機分離后得到浸出液；
二、分離提純鐵、鋁：向步驟一得到的浸出液中加入過量的氫氧化鈉溶液，生成紅褐色沉淀氫氧化鐵，并進行固液分離，取其上清液另置待用；沉淀加入稀鹽酸制成氯化鐵溶液，將其蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，得到六水三氯化鐵；上清液中加入稀鹽酸，先生成白色沉淀，繼續加入稀鹽酸，至白色沉淀全部溶解，生成氯化鋁溶液，將氯化鋁溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，得到六水三氯化鋁；
三、吸附劑的制備：在總濃度為1 mol/L 的條件下，以步驟二得到的六水三氯化鐵和六水三氯化鋁為主要原料，使得摩爾比Fe：Al=0.4~2.4，將其分別用去離子水溶解后混合，于室溫在攪拌下用氫氧化鈉溶液將反應溶液的pH值調節至7~8，將反應得到的沉淀物于室溫下靜置12小時陳化后去掉上清液，用去離子水離心洗滌，離心轉數為1000~5000rpm，時間為5~30min，洗滌數次，于60~105℃下干燥約24h，研磨并過100~300目篩，即得到本發明的吸附劑。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟一中液固比為16:1。其它與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：步驟一中稀鹽酸濃度為3mol/L。其它與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟一中酸浸溫度為90℃.其它與具體實施方式一至三之一相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：步驟一中攪拌浸出1.5h。其它與具體實施方式一至四之一相同。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：步驟三中摩爾比Fe：Al=1:1。其它與具體實施方式一至五之一相同。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：步驟三中將反應溶液的pH值調節至7.4。其它與具體實施方式一至六之一相同。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是：步驟三中離心轉數為4000rpm，時間為10min。其它與具體實施方式一至七之一相同。
具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：步驟三中于80℃下干燥約24h。其它與具體實施方式一至八之一相同。
具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟三中研磨并過200目篩。其它與具體實施方式一至九之一相同。
具體實施方式十一：本實施方式一種赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑的應用，其特征在于赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑用于去除水中氟離子，其方法是按以下步驟進行：向含有氟離子的溶液中加入赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑，在室溫下振蕩4~24h后，得到處理后溶液；所述含有氟離子的溶液中氟離子濃度為10~100mg/L，所述赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑的投加量為0.1~1g/L。
具體實施方式十二：本實施方式與具體實施方式十一不同的是：在室溫下振蕩4h。其它與具體實施方式十一相同。
具體實施方式十三：本實施方式與具體實施方式十一或十二不同的是：所述含有氟離子的溶液中氟離子濃度為10mg/L。其它與具體實施方式十一或十二相同。
具體實施方式十四：本實施方式與具體實施方式十一至十三之一不同的是：所述赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑的投加量為0.1g/L。其它與具體實施方式十一至十三之一相同。
通過以下實施例驗證本發明的效果：
實施例一：一種赤泥中提取鐵、鋁制備吸附劑的方法是按以下步驟進行的：
一、酸浸赤泥：按液固比（ml/g）16：1將濃度為3mol/L的稀鹽酸加入到干燥后的赤泥粉體中，在酸浸溫度為90℃下攪拌浸出1.5h，利用離心機分離后得到浸出液；
二、分離提純鐵、鋁：向步驟一得到的浸出液中加入過量的氫氧化鈉溶液，生成紅褐色沉淀氫氧化鐵，并進行固液分離，取其上清液另置待用；沉淀加入稀鹽酸制成氯化鐵溶液，將其蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，得到六水三氯化鐵；上清液中加入稀鹽酸，先生成白色沉淀，繼續加入稀鹽酸，至白色沉淀全部溶解，生成氯化鋁溶液，將氯化鋁溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，得到六水三氯化鋁；
三、吸附劑的制備：在總濃度為1 mol/L 的條件下，以步驟二得到的六水三氯化鐵和六水三氯化鋁為主要原料，使得摩爾比Fe：Al=1:1，將其分別用去離子水溶解后混合，于室溫在攪拌下用氫氧化鈉溶液將反應溶液的pH值調節至7.4，將反應得到的沉淀物于室溫下靜置12小時陳化后去掉上清液，用去離子水離心洗滌，離心轉數為4000rpm，時間為10min，洗滌數次，于80℃下干燥約24h，研磨并過200目篩，即得到本發明的吸附劑。
赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑用于去除水中氟離子，其方法是按以下步驟進行：向含有氟離子的溶液中加入赤泥中提取鐵、鋁制備的吸附劑，在室溫下振蕩4h后，得到處理后溶液；所述含有氟離子的溶液中氟離子濃度為10mg/L，所述赤泥中提取鐵、鋁制備的除氟吸附劑的投加量為0.1g/L。
經測定與計算本發明中吸附劑對水中氟離子的吸附容量可達33mg/g。