简介： 成果简介： 氟污染严重威胁到人们的身体健康和生命安全，是水处理中最富挑战性的问题之一。虽然目前已发展了很多除氟的技术与方法，但是氟污染问题依然未能得到有效的解决。本项目发展了一种新的高效低成本的除氟技术，并成功地用于饮用水中氟污染的去除。技术优势主要表现在：开发了一种高效低成本天然矿物纳米复合除氟剂（IIM-F-1）新材料，大大提高了除氟效率、降低了成本；阐明了基于羟基和硫酸根协同交换的除氟新机理，拓展了除氟的pH范围；开发出一种中性复合再生液，使得再生工艺简化，且安全环保；采用“原位吸附固氟”技术，除氟后的废物可以作为建筑材料，做到了无害化处理。基于本技术原理已开发出村级、镇级规模的系列氟处理装置系统，适合处理含氟范围在1～10mg/L的污染水，日处理水量为几十到几千吨，运营成本可控在1元/吨以下。建成的除氟示范工程已实际运行了三年多时间，出水水质均达到国家生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006），技术总体性能指标已达到同类技术的国际先进水平。 1、任务来源 本技术研究来源于科技部国家重大研究计划纳米专项项目（“973”）“应用纳米材料与技术去除饮用水中微污染物的基础研究”，项目编号：2011CB933703，（2011.1-2015-12）。 2、天然矿物纳米复合除氟剂性能指标 （1）粒径：0.5-1.8mm。（2）堆积比重：1.1-1.2。（3）吸附容量大，在标准水样下动态测试，对氟浓度为1.5-10mg/L的穿透吸附量可达到1-5mg/g。（4）使用寿命长，由于其以天然材质为载体，有一定的耐酸碱性，且耐。磨损，能反复活化再生，可以连续使用5年以上。（5）管理简便，不板结、易操作。（6）除氟成本低，采用廉价的天然矿物载体负载活性的纳米材料，克服了纳米材料易团聚性和易流失性，充分发挥了活性纳米材料的使用效率，一般情况下，在pH值为6.5-8.2，氟含量为2-3mg/L的水质中，除氟运行成本约在0.50元/吨。（7）稳定性高，经多次活化再生后除氟剂吸附容量基本不降低。（8）吸附材料不流失，由于再生过程中没有强酸和碱的溶解或者腐蚀作用，本除氟材料不会在使用和再生过程中流失。 3、应用领域和技术原理 本技术主要应用于饮用水安全和水资源管理等方面，是基于纳米材料的吸附原理，采用小尺寸和大比表面的纳米材料，其表面原子配位不饱和导致大量表面官能团的存在而有着很高的化学活性，在表界面上显示出高吸附能力，可以实现对氟污染的高效去除，除氟过程是基于羟基与硫酸根协同作用而完成的。   成果创新性： 本技术已获得授权发明专利，一种天然矿物负载型纳米除氟剂的制备方法， 2013.12，中国，申请号：ZL201310723159.1。创新性主要表现在： 1、开发出一种新的高效天然矿物纳米复合除氟剂，以天然矿物材料为载体，原位组装修饰选择性好、吸附效率高的纳米除氟材料，克服了纳米材料的易团聚性和易流失性，充分发挥了纳米活性材料的使用效率，并实现了规模化生产，且重复性好、稳定性高； 2、发展了基于羟基与硫酸根协同交换的除氟机理，拓展了除氟材料的使用条件和pH范围，在偏酸性溶液中（pH < 7），氟吸附主要以羟基和硫酸根协同交换（羟基交换为主）；在中性或弱碱性溶液中（7< pH < 9），氟吸附主要以硫酸根和羟基协同交换（硫酸根交换为主）；而碱性溶液中（pH > 9），氟吸附主要以硫酸根交换。 3、开发出一种环保型中性复合再生液，使得再生工艺简单，只需一步浸泡就可完成活化再生，并且再生液还可以多次反复使用； 4、发明了一种“原位吸附固氟”新技术，揭示出对氟污染物的“富集-无害化转化”一体化去除的新机制，大部分氟以氟铝化物的形式被吸附并固定在除氟剂的孔道中，再生循环使用过程中不会丢失，而被永久地保留在吸附柱里。除氟剂在完成除氟使命后可被用作建筑材料，而做到无害化处理。   成果独占性： 与目前国内外同类技术相比，本技术采用自主研发的天然矿物纳米复合除氟剂（IIM-F-1）新材料，提高了除氟的效率，降低了成本；基于羟基和非羟基协同交换的氟去除机理，拓展了除氟的pH范围；开发出中性复合再生液，简化了再生工艺，保证了出水水质安全；采用“原位吸附固氟”技术，除氟后的废物可以作为建筑材料，做到了无害化处理。本技术的特点是材料吸附容量大、选择性高、使用寿命长、除氟成本低、无新的环境污染，适合大范围推广应用。该技术是经过多年研发的成果，是化学、物理、材料、纳米及水处理等多学科交叉融合的结果，技术先进难以复制或被模仿。   成果盈利性： 纳米除氟技术中所使用的天然矿物纳米除氟剂，材料环保，使用寿命长，稳定性高，再生工艺简单，材料不易流失，投资少，运行费用低。以出水量2000吨/日计算，年处理水量720000吨，年运行总费用41.4万元，单位运行成本0.575元/吨，约为常规吸附法的44.2%，RO膜法的28.8%。每年比常规吸附法节省成本约52.2，比RO膜法节省成本约102.6万元。如本技术能够大面积推广，还会带来成本的进一步降低，带来更多的利润。   成果持续性： 纳米除氟技术是科研团队历经多年的研发成果，本研发团队拥有研发人员十多位，其中90%以上研发人员都拥有博士学位，专业涵盖材料、化学、物理、纳米及水处理的多个领域，可以实现从原理研究、材料设计制备到实际应用的各个方面的全覆盖，涉及到水处理领域中无机、有机等多种污染物去除的研究，技术积累储备雄厚，整个团队开拓进取，团结协作，拥有不断持续创新的能力、确保技术的不断更新，产品的升级换代，使技术产品能始终保持领先水平。   成果先进性： 该技术经中国科学技术大学科技查新咨询中心查新，经安徽省科技厅鉴定，技术性能达到国际先进和国内领先水平，完全可以替代目前常用的活性氧化铝、羟基磷灰石等除氟技术。   成熟度：11、盈亏级：销售量达到盈亏平衡点   市场分析： 本技术相比于目前市场正在使用的吸附法（活性氧化铝或羟基磷灰石）和RO膜法除氟技术有着很好的经济效益。常规吸附法多采用活性氧化铝或羟基磷灰石作为吸附材料，需要较多的配套设施，吸附滤速较低，总投资较大，运行费用也较高，单位运行成本在1.3元/吨左右。RO膜分离法对技术要求非常严格，工艺流程较长，系统复杂，总投资较高，能耗大，单位运行成本在2元/吨水以上，运行费用高，在高氟的广大农村地区推广应用受到很大的限制。而本纳米除氟技术中所使用的天然矿物纳米除氟剂，使用寿命长，稳定性高，再生工艺简单，投资少，运行费用低，单位运行成本在0.57元/吨左右，约为常规吸附法的44%，RO膜法的29%，因此本技术具有很好的经济效益。 以每天处理100吨地下水集成装置为例，全套系统投资约30万元，按全国5000万人口的饮用水需求来计算，市场规模数百亿，假设本项目的纳米净水产品能占有市场的10%，销售规模可以达到数十亿元。同时产业发展还可以拉动化工、基建、安装、运输、制造等相关产业发展，可实现新增就业岗位数万个。因此，本项目的推广应用具有广阔的市场应用前景和巨大的社会及经济效益。   商业模式分析： 本项目产品以客户价值最大化为核心，以价值增值为焦点，重点围绕水中氟污染去除目标的企业客户群体的需求，布局公司产业和产品结构。服务方面既要秉承为客户全心全意的原则，提供后续维护、升级服务，提供全方位技术支持，又要将针对消费者的不同需求，提供模块定制和优化服务，以满足个性化、多样化之需。要依托技术优势，通过资源整合，建立强有力的销售网络，拓展销售渠道，提高产品的竞争力。创新商业模式，逐步形成差异化的竞争优势，树立技术专业、服务领先的品牌形象。   营销状况： 1、全面了解目标客户需求，推广初期向目标客户提供免费产品试用，争取获得相关行业领域认证；为客户设计解决方案，努力获得目标客户的好评和推荐。利用本团队的行业专家的影响力，通过主管机构或行业会议，组织复合纳米净水材料的研讨会，提高业界对这种新型产品的技术认知。 2、采用直销、代理、定制相结合，实施产品经理和大客户策略营销模式，针对饮用水净化这个重要市场领域，施行大客户经理制度，重点开发大客户群体。 3、在培育大客户群体的基础上，构建立体营销网络，加强细分市场开拓，推进网点的独立经营能力，增强其区域服务及其辐射能力。同时，持续深入分析客户需求变化，优化布局适销对路的产品线，完善产品应用解决方案，并逐步向新的行业领域延伸覆盖。 4、完善营销服务体系，提升营销网点的售后服务能力，规范与健全营销服务网点运控体系，提高企业服务质量。