[發(fā)明專利]一種有機(jī)改性海泡石吸附劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310262836.4
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN103316639A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳雪平;劉存;張先龍;楊宗勛
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/22
• 分類號(hào): B01J20/22;B01J20/30
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 吳啟運(yùn)

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域水污染中苯酚的吸附脫除的吸附劑的制備方法，具體地說是一種有機(jī)改性海泡石吸附劑的制備方法。

二、背景技術(shù)

海泡石是一種天然纖維狀含水的鎂質(zhì)硅酸鹽粘土礦物，其理論結(jié)構(gòu)式為Mg₈(H₂O)₄[Si₆O₁₅]₂(OH)₄·8H₂O。海泡石的晶體結(jié)構(gòu)模型屬于鏈狀和層狀過渡型結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是在兩層硅氧四面體片中間夾一層鎂氧八面體，四面體的頂層是連續(xù)的，每六個(gè)硅氧四面體頂角相反，因此形成由2:1的層狀結(jié)構(gòu)單元上下層相間排列的與鍵平行的孔道，水分子和可交換的陽離子就位于其中。正是由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使得海泡石的比表面積高，孔隙率大，具有良好的吸附性、流變性和催化性，應(yīng)用前景十分廣闊。海泡石具有較高的熱穩(wěn)定性，特別是貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)、截面積為0.36nm×1.06nm的管狀通道和孔洞，使其具有高達(dá)900m²/g的理論比表面積。海泡石具有很強(qiáng)的吸附能力，可以吸附大量的極性物質(zhì)。然而天然海泡石礦品位低，雜質(zhì)含量較高，且表面酸性弱、通道小、熱穩(wěn)定性不好，這些弱點(diǎn)限制了海泡石的應(yīng)用。海泡石親機(jī)改性方法一般包括離子交換改性，表面活性劑改性（有機(jī)硅烷或有機(jī)硅偶聯(lián)劑、有機(jī)鈦酸酯偶聯(lián)劑、陽離子表面活性劑等），酸活化和熱活化。然而這些改性存在著方法繁瑣、成本高且耗能大等缺點(diǎn)。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種有機(jī)改性海泡石吸附劑的制備方法，以提高海泡石對有機(jī)污染物的吸附性能。

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，纖維素要在溫度≥220℃時(shí)的水熱條件才會(huì)發(fā)生碳化過程。纖維素先水解變成寡聚糖和單糖類，這些物質(zhì)再斷裂生成HMF和有機(jī)酸等化合物，之后這些小分子聚合碳化生成核殼結(jié)構(gòu)的微粒碳球，富含-OH、-C=O、C-H等親有機(jī)基團(tuán)。水熱反應(yīng)具有條件溫和（≤250℃），反應(yīng)設(shè)備要求低，操作簡單，晶體生長特性可控等優(yōu)點(diǎn)。以纖維素和海泡石為原料，通過水熱合成可在海泡石表面嫁接有機(jī)官能團(tuán)。因此纖維素可用作水熱反應(yīng)制備復(fù)合材料的碳源。

本發(fā)明以海泡石為模板，以纖維素作為碳源，以不同濃度的鹽酸純化海泡石，再采用一步水熱合成法誘導(dǎo)廉價(jià)的生物質(zhì)碳源纖維素在海泡石表面碳化，從而獲得有機(jī)改性海泡石吸附劑，改善海泡石的親有機(jī)性，提高其對有機(jī)污染物的吸附能力。本發(fā)明有機(jī)改性海泡石吸附劑是由海泡石及其晶體表面負(fù)載具有親有機(jī)特性的含C-H，-OH官能團(tuán)的無定形碳組成的，因此又稱海泡石/碳納米復(fù)合材料。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明有機(jī)改性海泡石吸附劑的制備方法，是以海泡石為模板，以纖維素作為碳源，依次經(jīng)酸化處理和水熱反應(yīng)后得到。

本發(fā)明有機(jī)改性海泡石吸附劑的制備方法，包括酸化處理和水熱反應(yīng)各單元過程：

所述酸化處理是將海泡石浸入0-1.2mol/L的鹽酸溶液中，攪拌0.5-1.5h，靜置10-12h，水洗至中性，得到純化海泡石；

所述水熱反應(yīng)是將純化海泡石與纖維素按1:2-8的質(zhì)量比混合得混合料，向所述混合料中加入占混合料質(zhì)量0.5%的催化劑六水合硫酸亞鐵銨，攪拌混合均勻，轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，升溫至220-240℃水熱反應(yīng)12-48h，自然冷卻后用蒸餾水和乙醇交替洗滌至pH=7，50-60℃干燥后得到有機(jī)改性海泡石。

酸化處理過程中鹽酸溶液的濃度優(yōu)選為1.0-1.2mol/L。

水熱反應(yīng)過程中純化海泡石與纖維素的質(zhì)量比優(yōu)選為1:8。

水熱反應(yīng)溫度優(yōu)選為240℃，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為48h。

本發(fā)明有機(jī)改性海泡石吸附劑對于典型有機(jī)污染物苯酚的吸附性能大幅度提高，吸附處理過程如下：

向濃度為5mg/L的苯酚溶液中加入有機(jī)改性海泡石吸附劑，以200r/min的轉(zhuǎn)速，25℃下振蕩12h，有機(jī)改性海泡石吸附劑的添加量為1g：50-200mL苯酚溶液。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明所用的原料海泡石和纖維素價(jià)格低廉，改性操作方法簡單。酸處理之后海泡石中雜質(zhì)減少，纖維素碳化后負(fù)載于海泡石表面。