[發(fā)明專利]有機(jī)水滑石合成和廢水處理一體化工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210349521.9
• 申請(qǐng)日: 2012-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN102863043A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建鋒;李良銀;姚超;李定龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/28
• 分類號(hào): C02F1/28;C02F101/30
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境污染控制新材料的開發(fā)，尤其涉及一種有機(jī)水滑石合成和廢水處理一體化工藝。

背景技術(shù)

層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(Layered?Double?Hydroxides，簡(jiǎn)稱LDH)，又稱水滑石，是一類重要的無機(jī)功能材料。其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)及層板元素和層間陰離子的可調(diào)變性受到人們的廣泛關(guān)注，經(jīng)離子交換向?qū)娱g引入新的客體陰離子可使層狀結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因而可以制備一大類具有特殊性質(zhì)的功能材料。水滑石材料屬于陰離子型層狀化合物。層狀化合物是指具有層狀結(jié)構(gòu)、層間離子具有可交換性的一類化合物，利用層狀化合物主體在強(qiáng)極性分子作用下所具有的可插層性和層間離子的可交換性，將一些功能性客體物質(zhì)引入層間空隙并將層板距離撐開從而形成層柱化合物。

水滑石化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為：[M²⁺_1-xM³⁺x(OH)₂]^x+[(A^n-)_x/n·mH₂O]，其中M²⁺為Mg²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，F(xiàn)e²⁺，Cu²⁺等二價(jià)金屬陰離子；M³⁺為Al³⁺，Cr³⁺，F(xiàn)e³⁺，Co³⁺等三價(jià)金屬陰離子；A^n-為陰離子，如CO₃^2-，NO₃^-，Cl^-，OH^-，SO₄^2-，PO₄^3-，C₆H₄(COO)₂^2-等無機(jī)和有機(jī)離子以及絡(luò)合離子，當(dāng)層間無機(jī)陰離子不同，水滑石的層間距不同，同時(shí)在水滑石吸附污染物之后，層間距也會(huì)增大，以容納更多的污染物。

因其具有層間陰離子可交換性、結(jié)構(gòu)坍塌記憶效應(yīng)、主層板可自組裝性等特點(diǎn)，已廣泛用于高分子復(fù)合材料、催化材料、環(huán)境治理等領(lǐng)域。當(dāng)層間無機(jī)陰離子被有機(jī)陰離子取代后，層間由親水性變?yōu)槭杷裕瑢?duì)有機(jī)物的吸附由吸附變?yōu)榉峙渥饔脼橹鳎饺コ杏袡C(jī)污染物的效率比原土高幾十到幾百倍。如SDS改性后的MgAl-LDH可有效地去除水體中三氯乙烯、四氯乙烯等(Zhao?H，Nagy?K.J.Colloid?Interface?Sci.，2004，274(2)：613-624)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道(有機(jī)陰離子柱撐水滑石的插層組裝及超分子結(jié)構(gòu)，過程工程學(xué)報(bào)，2002，2(4)，355-360)，目前常用的有機(jī)水滑石的合成主要有以下幾個(gè)方法：共沉淀法，焙燒復(fù)原法和離子交換法。

共沉淀法，雖然是一步合成，但由于合成過程中易于受空氣中二氧化碳的污染而必須嚴(yán)格避免CO₂的參與，反應(yīng)條件苛刻，而且需要很長(zhǎng)的晶化時(shí)間，不利于工業(yè)化推廣和應(yīng)用。

焙燒復(fù)原法，利用LDHs的“記憶效應(yīng)”，層柱結(jié)構(gòu)得以重建，有機(jī)陰離子進(jìn)入層間，得到有機(jī)陰離子柱撐水滑石。由于水滑石的結(jié)構(gòu)只能部分恢復(fù)，用焙燒復(fù)原法很難得到純的晶相結(jié)構(gòu)。此外，這一方法需要對(duì)水滑石前體進(jìn)行高溫焙燒以及后續(xù)階段中嚴(yán)格的N₂保護(hù)等苛刻的反應(yīng)條件，給實(shí)際應(yīng)用帶來了不便。

離子交換法是制備有機(jī)陰離子柱撐水滑石的重要方法。這種方法是以易于合成的LDHs作為前體，通過離子交換將目標(biāo)陰離子引入層間，得到相應(yīng)的有機(jī)陰離子柱撐水滑石。通過控制離子交換的反應(yīng)條件，不僅可以保持水滑石原有的層狀結(jié)構(gòu)，還可以對(duì)層間陰離子的種類和數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)和組裝，從而得到不同結(jié)構(gòu)和功能的陰離子層柱狀材料。

目前離子交換法制備有機(jī)陰離子柱撐水滑石并應(yīng)用到廢水處理中的過程可分為多個(gè)步驟：

首先需要制得水滑石，并將水滑石在酸性條件下活化，使之更易于交換，再將其分散于有機(jī)改性劑溶液中制漿，進(jìn)行改性，然后經(jīng)過濾、烘干、粉碎，得到有機(jī)水滑石產(chǎn)品。這種方法在制漿時(shí)需恒溫水浴、攪拌2hr以上，耗時(shí)耗能和消耗水資源，且有產(chǎn)生含有大量有機(jī)酸或陰離子表面活性劑的廢水，需進(jìn)一步處理，此外有機(jī)水滑石的合成工藝穩(wěn)定性不好，直接影響了膨潤(rùn)土改性的質(zhì)量，這些均限制了有機(jī)水滑石在廢水處理和污染環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用。