CN102380346A - 有机/无机片状吸附材料及其在酸性印染废水中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机/无机片状吸附材料及其在酸性印染废水中的应用，所述有机/无机杂化片状吸附材料通过如下方法合成：取钠基蒙脱土均匀分散于水中，得到蒙脱土悬浮液；将有机硅烷偶联剂均匀分散在无水乙醇中，并缓慢加入到蒙脱土悬浮液中，搅拌均匀，所述的有机硅烷偶联剂为正硅酸乙酯或1，6-双三甲氧基硅基己烷；用酸调节混合液的pH值至1～3，在20～50℃下连续搅拌一定时间形成均匀乳白色凝胶；将乳白色凝胶进行陈化至溶剂完全挥发；再经干燥即得到所述的有机/无机片状吸附材料。该吸附剂可应用于酸性印染废水中。由于该吸附剂具有“纸片状”结构特征，在吸附分离中可以快速的从吸附液中抽提出吸附剂，而不需要沉降分离。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种新型有机/无机杂化吸附剂及其在印染废水吸附中的应用，特别是一种有机硅烷/蒙脱土的杂化片状吸附剂及其吸附酸性染料的应用。
(二)背景技术
蒙脱土是一类层状的硅酸盐粘土矿物，因其资源丰富、层间阳离子可交换性、该类矿物具有吸附阳离子和极性有机分子的能力，常在废水处理中用作吸附剂和絮凝剂。近几年研究表明，经表面活性剂改性的有机蒙脱土对有机废水显示出了较好的吸附脱色效果。王红梅等(王红梅，郑振晖，岳钦艳.PDMDAAC-膨润土对活性染料废水的处理研究[J].水处理技术，2005，31(12)：16-19.)利用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)共混改性蒙脱土，并用于活性染料废水的脱色，研究表明，在相同条件下，PDMDAAC-蒙脱土的吸附性能要略优于活性炭。王丽等(王丽，王爱勤.壳聚糖/蒙脱土纳米复合材料的制备及对染料的吸附性能[J].高分子材料科学与工程，2007，23(5)：104-107.)用壳聚糖插层改性蒙脱土，制备了壳聚糖/蒙脱土纳米复合材料，讨论了制备条件对复合材料结构的影响，并研究了该复合材料用于刚果红染料的吸附。结果表明，随着壳聚糖量的增加，复合材料的结构由插层型向剥离型转变。当壳聚糖与蒙脱土摩尔比超过5∶1时，有机化程度几乎没有变化，说明壳聚糖与蒙脱土的插层已达到平衡。研究发现随着有机化程度的增加，纳米复合材料对阴离子染料刚果红的吸附量也相应增大。但由于蒙脱土复合材料的颗粒粒径较小，在水溶液中易分散、悬浮等特性，使其在处理废水时的效果不甚理想，特别是固液分离速度慢，絮凝物脱水效果差，吸附剂不易沉降等，影响了其实际应用。因此，研发易于分离的粘土基吸附材料仍是亟待解决的问题。
目前已有文献报道用有机硅烷改性蒙脱土，蒙脱土中的羟基可分为非反应性羟基和可反应性羟基，其中被包在硅氧四面体内的铝羟基为非反应性羟基，而位于蒙脱土片层边缘的羟基为可反应性羟基。有机硅烷改性剂可与蒙脱土表面的可反应性羟基反应，从而接枝到蒙脱土上。反应机理可表示为：
RSiX3+H2O→RSi(OH)3+HX (1-2)
Clay|-OH+RSi(OH)3→Clay|-O-Si-R+H2O (1-3)
李继森[李继森.有机改性蒙脱土的制备及吸附水中甲基橙的研究.烟台大学硕士学位论文.2007年]用十八烷基三氯硅烷改性蒙脱土，并以甲基橙溶液为模拟染料废水，考察了改性蒙脱土复合材料对甲基橙的吸附性能。
但上述研究，制备的蒙脱土基复合材料主要是在蒙脱土层间进行改性，将有机改性剂通过离子交换等方法引入蒙脱土的层间，得到有机改性的复合材料，且得到的材料为颗粒状的，在溶液中会快速的分散开，须采用沉降分离。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种有机/无机片状吸附剂，该吸附剂具有“纸片状”结构特征，在吸附分离中可以快速的从吸附液中抽提出吸附剂，而不需要沉降分离。
为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种有机/无机片状吸附材料，通过如下方法合成：取钠基蒙脱土均匀分散于水中，得到蒙脱土悬浮液；将有机硅烷偶联剂均匀分散在无水乙醇中，并缓慢加入到蒙脱土悬浮液中，搅拌均匀，所述的有机硅烷偶联剂为正硅酸乙酯或1，6-双三甲氧基硅基己烷；用酸调节混合液的pH值至1～3，在20～50℃下连续搅拌一定时间直至形成均匀乳白色凝胶；将乳白色凝胶进行陈化至溶剂完全挥发；再经干燥即得到所述的有机/无机片状吸附材料。
本发明中，按照钠基蒙脱土与水的质量比为1∶10～40取样，使钠基蒙脱土均匀分散于水中，得到蒙脱土悬浮液。为得到分散均匀的悬浮液，可通过超声或搅拌等常规方法。
本发明中，按照有机硅烷与乙醇溶液的质量比为1∶2～20取样，使有机硅烷偶联剂均匀分散在无水乙醇中。为使得分散均匀，可通过超声或搅拌等常规方法。
本发明中，所述钠基蒙脱土和有机硅烷偶联剂的混合质量比为1∶1～10，优选为1∶1～5，最优选为1∶1。
本发明中用酸调节混合液的pH值，所述的酸为盐酸，本发明对于盐酸浓度没有特别要求，一般可选择0-5mol/L盐酸。
本发明优选调节混合液的pH至2。
本发明调节混合液pH值后，优选在20～50℃(更优选在25℃)连续搅拌2～72小时形成均匀乳白色凝胶，优选连续搅拌时间为2～30小时，更优选连续搅拌时间为2～5小时。
本发明中，乳白色凝胶的陈化时间一般在5天左右，直至溶剂完全挥发。
本发明中，所述的干燥条件为：干燥温度为50～90℃，干燥时间为24～72小时。
本发明具体推荐所述的有机/无机片状吸附材料具体按照如下步骤合成：按照钠基蒙脱土与水的质量比为1∶10～40取样，使钠基蒙脱土均匀分散于水中，得到蒙脱土悬浮液；按照有机硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比为1∶2～20取样，使有机硅烷偶联剂均匀分散在无水乙醇中，并缓慢加入到蒙脱土悬浮液中，搅拌均匀，所述的有机硅烷偶联剂为正硅酸乙酯或1，6-双三甲氧基硅基己烷，所述钠基蒙脱土和有机硅烷偶联剂的混合质量比为1∶1～5；用盐酸调节混合液的pH值至2，在25℃下连续搅拌2～5小时形成均匀乳白色凝胶；将乳白色凝胶进行陈化至溶剂完全挥发；再50～90℃干燥24～72小时，即得到所述的有机/无机片状吸附材料。
本发明制得的有机/无机片状吸附材料可应用于酸性印染废水中。其吸附性能可通过如下方法检测：取酸性大红25mg(0.025g)，置入锥形瓶中，加入500ml蒸馏水，摇匀，制得50mg/L酸性大红溶液。用1mol/L HCl或NaOH溶液调节吸附液的pH值至0.5～10，加入0.01～0.5g复合材料吸附剂，在20±2℃下吸附反应8-72h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)新型吸附剂具有片状特征。合成的吸附剂为端面连接的片状吸附剂，在反应溶液中不分散。吸附剂在使用时，能快速的从反应液中抽提出。
(2)吸附剂制备方法简单。
(四)附图说明
图1：(a)～(g)分别为实施例1～7制得的有机/无机片状材料的SEM图；
图2：实施例1～7制得的有机/无机片状材料对酸性大红G的吸附性能结果。
图3：有机/无机片状材料的照片。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
取钠基蒙脱土(浙江省长兴县长安仁恒科技股份有限公司生产，下同)0.5g于烧杯内，加入10ml去离子水，超声波分散30min并室温搅拌2h后制得蒙脱土分散较好的悬浮液。取0.5g正硅酸乙酯(TEOS)均匀分散在10ml无水乙醇中，缓慢加入到蒙脱土悬浮液。粘土与TEOS的质量比为1∶1。用1mol/L HCl调节混合液的pH值至2，在25℃下连续搅拌4h，形成均匀乳白色凝胶。将凝胶陈化5天，至溶剂完全挥发，再置于烘箱中60℃下烘干48h，即得到产品。产品的SEM图如图1(a)所示。
实施例2
取钠基蒙脱土0.5g于烧杯内，加入10ml去离子水，超声波分散30min并室温搅拌2h后制得蒙脱土分散较好的悬浮液。取1.0g正硅酸乙酯(TEOS)均匀分散在10ml无水乙醇中，缓慢加入到蒙脱土悬浮液。粘土与TEOS的质量比为1∶2。用1mol/L HCl调节混合液的pH值至2，在25℃下连续搅拌3h，形成均匀乳白色凝胶。将凝胶陈化5天，至溶剂完全挥发，再置于烘箱中60℃下烘干48h，即得到产品。产品的SEM图如图1(b)所示。
实施例3
取钠基蒙脱土0.5g于烧杯内，加入10ml去离子水，超声波分散30min并室温搅拌2h后制得蒙脱土分散较好的悬浮液。取2.5g正硅酸乙酯(TEOS)均匀分散在10ml无水乙醇中，缓慢加入到蒙脱土悬浮液。粘土与TEOS的质量比为1∶5。用1mol/L HCl调节混合液的pH值至2，在25℃下连续搅拌2h，形成均匀乳白色凝胶。将凝胶陈化5天，至溶剂完全挥发，再置于烘箱中60℃下烘干48h，即得到产品。产品的SEM图如图1(c)所示。
实施例4
取钠基蒙脱土0.5g于烧杯内，加入10ml去离子水，超声波分散30min并室温搅拌2h后制得蒙脱土分散较好的悬浮液。取0.5g正硅酸乙酯(TEOS)均匀分散在10ml乙醇溶液中，缓慢加入到蒙脱土悬浮液。粘土与TEOS的质量比为1∶1。在25℃下连续搅拌30h，形成均匀乳白色凝胶。将凝胶陈化5天，至溶剂完全挥发，再置于烘箱中60℃下烘干48h，即得到产品。产品的SEM图如图1(d)所示。
实施例5
取钠基蒙脱土0.5g于烧杯内，加入10ml去离子水，超声波分散30min并室温搅拌2h后制得蒙脱土分散较好的悬浮液。取1.0g正硅酸乙酯(TEOS)均匀分散在10ml无水乙醇中，缓慢加入到蒙脱土悬浮液。粘土与TEOS的质量比为1∶2。在25℃下连续搅拌20h，形成均匀乳白色凝胶。将凝胶陈化5天，至溶剂完全挥发，再置于烘箱中60℃下烘干48h，即得到产品。产品的SEM图如图1(e)所示。
实施例6
取钠基蒙脱土0.5g于烧杯内，加入20ml去离子水，超声波分散30min并室温搅拌2h后得到蒙脱土分散较好的悬浮液。取0.5g 1，6-双三甲氧基硅基己烷均匀分散在20ml无水乙醇中，然后缓慢加入到蒙脱土悬浮液。粘土与1，6-双三甲氧基硅基己烷的质量比为1∶1。用1mol/L HCl调节混合液的pH值至2，在25℃下连续搅拌2h，得到均匀乳白色凝胶。将凝胶陈化5天，至溶剂完全挥发，再置于烘箱中24h，60℃烘干，即得到产品。产品的SEM图如图1(f)所示。
实施例7
取钠基蒙脱土0.5g于烧杯内，加入20ml去离子水，超声波分散30min并室温搅拌2h后得到蒙脱土分散较好的悬浮液。取0.5g 1，6-双三甲氧基硅基己烷均匀分散在20ml无水乙醇中，然后缓慢加入到蒙脱土悬浮液。粘土与1，6-双三甲氧基硅基己烷的质量比为1∶1。在25℃下连续搅拌24h，得到均匀乳白色凝胶。将凝胶陈化5天，至溶剂完全挥发，再置于烘箱中24h，60℃烘干，即得到产品。产品的SEM图如图1(g)所示。
实施例8
取酸性大红25mg(0.025g)，置入锥形瓶中，加入500ml蒸馏水，摇匀，制得50mg/L酸性大红G溶液。用1mol/L HCl溶液调节吸附液的pH值至1，加入0.1g实施例1～7制得的吸附材料，在20±2℃下吸附反应10h。实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7所得样品的吸附性能结果如图2所示。
Claims (10)
1.一种有机/无机片状吸附材料，其特征在于：所述有机/无机片状吸附材料通过如下方法合成：取钠基蒙脱土均匀分散于水中，得到蒙脱土悬浮液；将有机硅烷偶联剂均匀分散在无水乙醇中，并缓慢加入到蒙脱土悬浮液中，搅拌均匀，所述的有机硅烷偶联剂为正硅酸乙酯或1，6-双三甲氧基硅基己烷；用酸调节混合液的pH值至1～3，在20～50℃下连续搅拌一定时间形成均匀乳白色凝胶；将乳白色凝胶进行陈化至溶剂完全挥发；再经干燥即得到所述的有机/无机片状吸附材料。
2.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：所述钠基蒙脱土和有机硅烷偶联剂的混合质量比为1∶1～10。
3.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：所述钠基蒙脱土和有机硅烷偶联剂的混合质量比为1∶1～5。
4.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：用酸调节混合液的pH值至1～3，在20～50℃下连续搅拌2～30小时形成均匀乳白色凝胶。
5.如权利要求4所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：在25℃下连续搅拌2～5小时形成均匀乳白色凝胶。
6.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：按照钠基蒙脱土与水的质量比为1∶10～40取样，使钠基蒙脱土均匀分散于水中，得到蒙脱土悬浮液；按照有机硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比为1∶2～20取样，使有机硅烷偶联剂均匀分散在无水乙醇中。
7.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：所述的酸为盐酸。
8.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：所述的干燥条件为：干燥温度为50～90℃，干燥时间为24～72小时。
9.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料，其特征在于：所述的有机/无机片状吸附材料具体按照如下步骤合成：按照钠基蒙脱土与水的质量比为1∶10～40取样，使钠基蒙脱土均匀分散于水中，得到蒙脱土悬浮液；按照有机硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比为1∶2～20取样，使有机硅烷偶联剂均匀分散在无水乙醇中，并缓慢加入到蒙脱土悬浮液中，搅拌均匀，所述的有机硅烷偶联剂为正硅酸乙酯或1，6-双三甲氧基硅基己烷，所述钠基蒙脱土和有机硅烷偶联剂的混合质量比为1∶1～5；用盐酸调节混合液的pH值至2，在25℃下连续搅拌2～5小时形成均匀乳白色凝胶；将乳白色凝胶进行陈化至溶剂完全挥发；在50～90℃干燥24～72小时，即得到所述的有机/无机片状吸附材料。
10.如权利要求1所述的有机/无机片状吸附材料在酸性印染废水中的应用。
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