[發明專利]一種有機改性凹凸棒石吸附劑的制備方法

有效

• 申請號: 201210550251.8
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN102974320A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 吳雪平;徐艷青;高鵬;張先龍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 吳啟運

一、技術領域

本發明涉及到一種凹凸棒石吸附劑的有機改性方法，以改善凹凸棒石作為吸附劑對有機污染物的吸附能力，應用于水體中微量有機污染物脫除。?

二、背景技術

凹凸棒石是一種廉價且儲量豐富的具有鏈層狀結構的鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，其單晶體直徑為30-50nm，具有巨大的比表面積，表現出納米效應、吸附活性和化學活性，是一種性能優異的天然納米礦物材料。凹凸棒石中存在3種類型的水：結構水、結晶水和沸石水。凹凸棒石結構內的結晶水位于其孔道表面，它易和進入孔道的吸附質形成氫鍵連接。因而在作為吸附劑使用時，凹凸棒石對有機物的吸附較弱。凹凸棒石傳統的親有機性改性方法是利用表面活性劑（如十六烷基溴化銨、溴代十六烷基吡啶等）、偶聯劑（如硅烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑）、高溫煅燒有機物以及酸處理等加以改性。然而表面活性劑、偶聯劑和高溫法改性存在著改性方法繁瑣、成本高、且耗能大等缺點。?

三、發明內容

本發明旨在提供一種有機改性凹凸棒石吸附劑的制備方法，所要解決的技術問題是通過改善凹凸棒石的親有機性提高其對有機污染物的吸附能力。?

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。據文獻報道，在溫度低于250℃的水熱反應中，纖維素會先水解變成寡聚糖和單糖類，這些物質再斷裂生成HMF和有機酸等化合物，之后這些小分子聚合碳化生成核殼結構的微粒碳球，富含-OH、-C=O、-COOH等有機基團。由于水熱合成具備反應條件溫和（300℃以下），能耗低，反應周期短和實驗設備簡單，晶體生長特性可控等優點，通常被譽為“綠色反應”。由于是低溫合成，獲得的碳材料表面一般都含豐富有機官能團。因此纖維素這種廉價廣泛的生物質可以用作水熱反應制備復合材料的碳源。?

凹凸棒石具有天然的納米結構，單根纖維晶的直徑大約幾十納米，長度可達1μm。利用凹凸棒石天然硬模板效應，采用簡單綠色的一步水熱法誘導廉價的生物質碳源纖維素在凹凸棒石表面碳化，從而獲得有機改性凹凸棒石吸附劑，嫁接有機官能團，改善凹凸棒石的親有機性，提高其對有機污染物的吸附能力。?

本發明以凹凸棒石粘土和生物質碳源纖維素為原料，通過非均相水熱合成法制備得到有機改性凹凸棒石吸附劑，本發明有機改性凹凸棒石吸附劑由凹凸棒石及其晶體表面負載含有－CH官能團的無定形炭組成，因此又稱凹凸棒石/炭納米復合材料。?

本發明有機改性凹凸棒石吸附劑的制備方法，采用非均相水熱合成的方法，其特征在于：?

將凹凸棒石含量≥98wt%的凹凸棒石粘土原礦粉碎并過200目篩（d=74μm）得凹凸棒石粉料；將纖維素和所述凹凸棒石粉料按質量比2-4：1的比例混合，加入催化劑，再加水超聲或攪拌分散均勻，升溫至210-250℃反應12-48小時，再經冷卻、洗滌、干燥和粉碎后得到有機改性凹凸棒石粉末；水熱反應時反應釜體積填充率保持在70-80%。?

所述催化劑為六水合硫酸亞鐵銨，催化劑的添加量以Fe²⁺計為纖維素和凹凸棒石粉料總質量的3-10%，進一步優選為5-7%，能夠有效提高碳源的炭化率，促進炭顆粒在凹凸棒石表面的生長和分散。?

將本發明有機改性凹凸棒石吸附劑用于水體中有機污染物的吸附處理：?

以苯酚作為有機污染物進行吸附處理，苯酚溶液的濃度為5mg/L，本發明有機改性凹凸棒石吸附劑的添加量與苯酚溶液的固液比為1g：50mL，25℃下恒溫振蕩吸附12h，測定吸附脫除率；?

以亞甲基藍作為有機污染物進行吸附處理，亞甲基藍溶液的濃度為5mg/L，本發明有機改性凹凸棒石吸附劑的添加量與亞甲基藍溶液的固液比為1g：1600-2500mL，25℃下恒溫振蕩吸附4-12h，測定吸附脫除率。?

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：?

1、本發明采用水熱合成的方法，凹凸棒石保留了原有的形貌和晶體結構，其晶體表面具有誘導效應，使得生物質纖維素水熱炭化后炭在其表面生長，獲得凹凸棒石/炭納米復合材料。與常規的500℃-1000℃高溫煅燒制備改性凹凸棒石方法相比，本發明方法水熱條件溫度低于250℃，并且無需氣氛保護，無需添加任何的表面活性劑，是一種綠色環保的凹凸棒石有機改性方法；與常規的表面活性劑法制備改性凹凸棒石相比，本發明方法所用原料易得、價格低廉，改性路線簡單易行，能耗小。?

2、本發明通過水熱法載有機炭之后，使得凹凸棒石的親有機性得到改善，對于典型有機污染物的吸附性能大幅度提高。?

四、附圖說明?