[發明專利]一種用于吸附分離共沸物的凹凸棒土復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201510422907.1
• 申請日: 2015-07-18
• 公開（公告）號: CN105126763B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 韶暉;解丹燕;冷一欣;王俊;黃春香
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D15/08
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技術領域

本發明屬于新材料技術領域，特別涉及一種改性劑/氧化物/凹凸棒土吸附材料的制備方法及相關用途。

背景技術

在化工、石油化工、醫藥工業、生物化工等以生產各種物料和材料的化工類工業生產以及環境保護工程中，混合物的分離占有重要的地位。精餾是最常見的混合物的分離方式，但對于具有恒沸點的共沸物體系，由于其相對揮發度等于1，應用普通的精餾方法難以對其進行有效的分離。目前，分離共沸物的方法主要有特殊精餾(共沸精餾、萃取精餾、加鹽精餾、反應精餾等)、膜分離、吸附法等。吸附法由于不需要過于復雜的設備，具有能耗小、成本低，分離效率高、操作簡便、安全綠色等特點，在工業中廣泛使用。

而現有技術中，常用于吸附分離共沸物的吸附劑存在選擇性低、重復利用率低、價格較高等缺點。因此，找到一種有效的吸附劑吸附分離共沸物，對于降低生產能耗、提高資源利用率和產品附加值具有現實的意義。

凹凸棒土(ATP)簡稱“凹凸棒石粘土”或“凹土”，是一種多孔硅酸鹽類粘土礦物。由于其具有獨特的纖維狀、棒狀晶體形態、沉積方式和內部孔道等多種因素的影響而呈現出較大的比表面積，在吸附重金屬離子、印染廢水等方面應用廣泛。但是，天然的凹凸棒土中含一些礦物雜質，如蒙脫石、伊利石和碳酸鹽等，這些雜質堵塞孔道，降低了凹凸棒土的表面積，削弱了整體的物化性能，從而使凹凸棒土的作用受到很大的影響。此外，凹凸棒土的孔道結構單一，制約了其吸附的選擇性，使其在工業應用中的優勢發揮受到限制。

發明內容

本發明目的在于提供一種操作方便、生產成本低、能耗少，用于分離共沸物的改性劑/氧化物/凹凸棒土復合材料的制備方法：

本發明所采用的技術方案是：首先在凹凸棒土表面負載金屬氧化物粒子，制得氧化物/凹凸棒土材料，再通過有機物表面活性劑的改性，制得改性劑/氧化物/凹凸棒土復合材料，具體步驟為：

(1)將提純后的凹凸棒土與水共混、攪拌，再與金屬鹽溶液混合，用銨鹽調節所得混合體系的pH值至6～9，于15～25℃下攪拌反應2～4h，抽濾，濾餅用去離子水洗滌后，于60～100℃烘干，研磨成粉末，再于300～400℃煅燒4～6h，制得氧化物/凹凸棒土材料，

其中，金屬鹽為硫酸鋅、硫酸鐵、氯化鋁、醋酸錳中的一種，凹凸棒土與所加入的金屬鹽的質量比為1:1～2:1，

凹凸棒土中硅氧四面體中的Si⁴⁺被金屬離子如Al³⁺所替代，替代后產生了過剩的負電荷，這種低電價大半徑的離子和結構單元之間作用力較弱，同時由于在層間溶劑的作用下易分散、剝離，使得凹凸棒土具有較大的比表面積，這種帶電性和巨大的比表面積使其具有很強的吸附性；

其次，金屬離子水解后的氫氧化物部分會負載在凹凸棒土的表面，但是也有氫氧化物進入到凹凸棒土的內部孔道中，這是由于凹凸棒土分散相在加入金屬鹽溶液后，溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等金屬離子可以部分替代凹凸棒土晶體中的Si⁴⁺、Mg²⁺，進入到凹凸棒土內部孔道中；內部孔道中經調節pH值所形成的金屬氫氧化物再經過煅燒轉化為金屬氧化物，能夠疏松孔道形成具有較大內表面積的復合材料，因而其吸附性能也會得到改善；

(2)向步驟(1)制備的氧化物/凹凸棒土材料中加水超聲分散，再向分散液中加入有機物水溶液，于15～25℃下攪拌反應3～5h，抽濾，濾餅用去離子水洗滌，并于60～80℃烘干，制備改性劑/氧化物/凹凸棒土復合材料，

其中，加入的有機物為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、乙醇胺、三乙醇胺和β-環糊精中的一種，所加入的有機物與氧化物/凹凸棒土的質量比為1:20～1:5，

氧化物/凹凸棒土預先在水溶液中分散均勻，再加入有機物水溶液反應，有利于改性劑附著在氧化物/凹凸棒土的表面，

加入有機改性劑，如十六烷基三甲基溴化銨，長碳鏈的有機陽離子會取代凹凸棒土中無機陽離子，使得層間距變大；另外，有機物可以取代晶格內外部分結晶水、吸附水，從而起到改善疏水性的效果，增強了凹凸棒土對于有機物的吸附能力。

上述制備方法獲得的凹凸棒土復合材料的用途：將該凹凸棒土復合材料用于分離共沸物：

靜態或動態吸附實驗：

靜態吸附實驗方法(1)：在真空處理、密封良好的玻璃容器內，進行共沸物單組份蒸汽對改性劑/氧化物/凹凸棒土復合材料的飽和吸附實驗；