CN105214619A

CN105214619A - 一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法

Info

Publication number: CN105214619A
Application number: CN201510642993.7A
Authority: CN
Inventors: 邵红; 孙晓宇; 宁志高
Original assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Current assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2016-01-06

Abstract

一种膨润土复合凝胶吸附剂的制备方法，涉及一种膨润土吸附剂的制备方法，该方法首先以氯代十六烷基吡啶（CPC）为改性剂，对钠基膨润土进行改性，制备氯代十六烷基吡啶有机膨润土（CPC-B）后，以AlCl₃为交联剂，利用羧甲基纤维素钠（CMC）对CPC-B进行二次改性，制得氯代十六烷基吡啶/羧甲基纤维素钠有机膨润土凝胶吸附剂（CPC/CMC-B）。本发明制得的氯代十六烷基吡啶/羧甲基纤维素钠有机膨润土凝胶吸附剂（CPC/CMC-B），具有吸附性能良好，去除效果明显，吸附操作简便，损失少回收率高，是一种具有良好应用前景的环保成型吸附剂。

Description

一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种膨润土吸附剂的制备方法，特别是涉及一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法。

背景技术

膨润土是一种分布十分广泛的黏土矿物，以蒙脱石为主要成分，其晶胞由2层Si-O四面体中间夹一层Al-O八面体构成，四面体和八面体之间共享氧原子形成高度有序的准2维片层，故比表面积大，具有很强的吸附性和离子交换性。而经改性的膨润土去除水中污染物的能力比天然土提高几十甚至几百倍，在废水处理中有很好的应用前景。

CPC-B为颗粒细微的粉末状，比表面积大，吸附性及离子交换性能高，但其具有溶胀性，通透性能差，采用该类粉末状吸附剂进行污水处理，固液难以分离而且会有大量流失的情况，回收再利用无法达到理想的效果，故近年来将粉末状吸附剂进行成型处理，并应用于废水处理成为主要研究方向。凝胶是成型吸附剂的一种，其交联的网络结构中含有众多功能性基团，通过离子交换、氢键、范德华力等作用与有机物及金属结合从而减少污染物的浓度。本发明制备的CPC-/CMC-B凝胶吸附剂，是在单一有机改性膨润土的基础上，采用环保无毒的羧甲基纤维素钠（CMC）进一步进行凝胶化处理，该吸附剂性能良好，并且克服了上述粉末状吸附剂在应用中的缺陷，是一种新型的并具环保理念的优良吸附剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，本发明制得的氯代十六烷基吡啶/羧甲基纤维素钠有机膨润土凝胶吸附剂（CPC/CMC-B），具有吸附性能良好，去除效果明显，吸附操作简便，损失少回收率高，是一种具有良好应用前景的环保成型吸附剂。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，所述方法首先以氯代十六烷基吡啶（CPC）为改性剂，对钠基膨润土进行改性，制备氯代十六烷基吡啶有机膨润土（CPC-B）后，以AlCl3为交联剂，利用羧甲基纤维素钠（CMC）对CPC-B进行二次改性，制得氯代十六烷基吡啶/羧甲基纤维素钠有机膨润土凝胶吸附剂（CPC/CMC-B）；包括以下具体步骤：

（1）膨润土酸浸预处理：膨润土与去离子水制成膨润土悬浊液，调节pH=1-2，70℃水浴恒温搅拌3h，水洗、离心、烘干、破碎后过100目筛备用；

（2）CPC-B的制备：按质量份数计，配制膨润土与CPC配比为4:1的膨润土悬浊液，调节pH=10，70℃恒温水浴搅拌3h，水洗后用酒精洗，抽滤的同时水洗滤饼，105℃烘干，滤饼研磨100目过筛，得CPC-B有机膨润土；

（3）CPC/CMC–B的制备：按质量份数计，水浴温度60℃下配制CPC-B与CMC配比为1:4的均匀稠液，利用浓度为0.1mol/L的AlCl3为交联剂，交联反应一段时间后，25-40℃烘干，得到CPC/CMC-B凝胶吸附剂。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，步骤（1）中所述的膨润土为经酸浸处理后的钠基粉末状膨润土过100目筛。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，步骤（2）中所述膨润土与CPC质量配比为4:1。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，步骤（2）中所述的调节pH为将pH调节至10。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，步骤（2）中所述的酒精洗涤为用30%的酒精洗涤。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，步骤（3）中所述CPC-B与CMC质量比1:4。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，步骤（3）中所述水浴温度为60℃。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，步骤（3）中所述低温烘干是25-40℃。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂，SEM分析显示CPC-B有机膨润土呈不规则片状结构，片状结构轮廓线比原土更为清晰，切片层厚度也明显薄于原土。CPC/CMC-B凝胶的SEM照片表明已形成了明显交联结构，内部具有大量的孔洞。

所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂，CPC-B以及CPC/CMC-B的X-射线衍射谱图显示：CPC-B的2θ角为3.9200°，d001=2.2522nm；主衍射峰位较原土向小角度方向偏移，说明原膨润土层间的阳离子已经被有机阳离子所置换，已被改性为有机膨润土，层间距也有明显的增加，但改性对膨润土其他部分的结构(晶胞结构等)未产生影响。CPC/CMC-B的衍射峰则位于钠基土与CPC-B之间，2θ角为4.3487°，d001=1.9847nm；由于经交联反应后部分交联结构进入层间占据层空间，从而减小层间距。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明实施例1中采用扫描电镜（SEM）分析钠基原土的表面结构，放大倍数为10,000倍；

图3为本发明实施例1中采用扫描电镜（SEM）分析CPC-B有机膨润土的表面结构，放大倍数为20,000倍；

图4为本发明实施例1中采用扫描电镜（SEM）分析CPC-B/CMC膨润土凝胶吸附剂的表面结构，放大倍数为20,000倍；

图5为本发明实施例1中原土、CPC-B有机膨润土以及CPC-B/CMC凝胶吸附剂的X-射线衍射谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

合成原理：

天然土是一种层状硅铝酸盐，层与层之间靠静电作用结合，四面体及八面体存在广泛的同晶置换，四面体中的Si4+常被Al3+替代，八面体中的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Fe2+、Ni2+、Li+等替代，使层间产生弱的负电荷，从而具有吸附某些阳离子的能力。有机改性剂CPC可***膨润土蒙脱石的片层之间，改变了膨润土层间距和比表面积，提高了膨润土的吸附能力。CMC是一种无毒环保的食品添加剂，利用其增稠性将单一改性的有机膨润土CPC-B制成稠液，加入交联剂AlCl3，Al3+与CMC的羧基发生交联作用产生网状孔洞的交联结构即凝胶。

通过SEM和X-射线衍射实验可以证实这一点。SEM分析原土、CPC-B与CPC/CMC-B的表面结构，其中图2与图3分别为原土和CPC-B有机膨润土的SEM照片。对比图片可以看出，改性后的有机膨润土呈不规则片状结构，片状结构轮廓线比原土更为清晰，切片层厚度也明显薄于原土。图4为CPC-B/CMC凝胶吸附剂的SEM照片，对比图3和图4可以看出，二者呈现出完全不同的两种结构状态，图3为片层结构，而由图4可以看出材料表面形成了明显交联结构，内部具有大量的孔洞，说明凝胶网络的形成。

原土、CPC-B有机膨润土以及CPC-B/CMC凝胶吸附剂的X-射线衍射谱图，分析结果显示：根据X射线衍射条件及Bragg方程:2dsinθ=nλ得出钠基膨润土2θ角为5.9400°，d001=1.4867nm；CPC-B的2θ角为3.9200°，d001=2.2522nm；经CPC改性后，主衍射峰位向小角度方向偏移，说明原膨润土层间的阳离子已经被有机阳离子所置换，已被改性为有机膨润土，层间距也有明显的增加，但改性对膨润土其他部分的结构(晶胞结构等)未产生影响。CPC-B/CMC的衍射峰则位于钠基土与CPC-B之间，由于经交联反应后部分交联结构进入层间占据层空间，从而减小层间距。

CPC/CMC-B凝胶吸附剂的制备方法

（1）膨润土酸浸预处理：适量膨润土与去离子水制成膨润土悬浊液，调节pH=1-2，70℃水浴恒温搅拌3h，水洗、离心、烘干、破碎后过100目筛备用。

（2）CPC-B的制备：按质量份数计，配制膨润土与CPC配比为4:1的膨润土悬浊液，调节pH=10，70℃恒温水浴搅拌3h，水洗后用酒精洗，抽滤的同时水洗滤饼，105℃烘干，滤饼研磨100目过筛，得CPC-B有机膨润土。

（3）CPC/CMC-B的制备：按质量份数计，水浴温度60℃下配制CPC-B与CMC配比为1:4的均匀稠液，利用浓度为0.1mol/L的AlCl3为交联剂，交联反应一段时间后，25-40℃烘干，得到CPC/CMC-B凝胶吸附剂。

Claims

1.一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，所述方法首先以氯代十六烷基吡啶（CPC）为改性剂，对钠基膨润土进行改性，制备氯代十六烷基吡啶有机膨润土（CPC-B）后，以AlCl3为交联剂，利用羧甲基纤维素钠（CMC）对CPC-B进行二次改性，制得氯代十六烷基吡啶/羧甲基纤维素钠有机膨润土凝胶吸附剂（CPC/CMC-B）；包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的膨润土为经酸浸处理后的钠基粉末状膨润土过100目筛。

3.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述膨润土与CPC质量配比为4:1。

4.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的调节pH为将pH调节至10。

5.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的酒精洗涤为用30%的酒精洗涤。

6.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述CPC-B与CMC质量比1:4。

7.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述水浴温度为60℃。

8.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述低温烘干是25-40℃。

9.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂，其特征在于，SEM分析显示CPC-B有机膨润土呈不规则片状结构，片状结构轮廓线比原土更为清晰，切片层厚度也明显薄于原土；

CPC/CMC-B凝胶的SEM照片表明已形成了明显交联结构，内部具有大量的孔洞。

10.根据权利要求1所述的一种有机膨润土凝胶吸附剂，其特征在于，CPC-B以及CPC/CMC-B的X-射线衍射谱图显示：CPC-B的2θ角为3.9200°，d001=2.2522nm；主衍射峰位较原土向小角度方向偏移，说明原膨润土层间的阳离子已经被有机阳离子所置换，已被改性为有机膨润土，层间距也有明显的增加，但改性对膨润土其他部分的结构(晶胞结构等)未产生影响；

CPC/CMC-B的衍射峰则位于钠基土与CPC-B之间，2θ角为4.3487°，d001=1.9847nm；由于经交联反应后部分交联结构进入层间占据层空间，从而减小层间距。