CN111229157B

CN111229157B - 一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法

Info

Publication number: CN111229157B
Application number: CN202010100001.9A
Authority: CN
Inventors: 黄啸; 李江山; 薛强; 万勇; 陈新
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Hubei Academy Of Ecological And Environmental Sciences Provincial Ecological And Environmental Engineering Evaluation Center; Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-02-18
Also published as: CN111229157A

Abstract

本发明提供了一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法，该方法包括将膨润土和钠化剂加入水中均匀混合，得到膨润土悬浮液，将无机聚合物溶液加入到膨润土悬浮液中，反应得到第一混合溶液，向第一混合溶液中加入水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅，在恒温水浴环境中搅拌并离心得到第一合成物，将第一合成物真空干燥，得到无机聚合物改性膨润土吸附材料，无机聚合物增强了改性膨润土对污染物的吸附能力，而水玻璃、硅溶胶、纳米二氧化硅让在膨润土层间不断聚合生成纳米级沸石类多孔物质，使得改性膨润土对污染物的吸附能力得到进一步提升，具备很好的实用性。

Description

一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法

技术领域

本发明涉及污染防治技术领域，具体地，涉及一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法。

背景技术

目前，在废水处理技术中，吸附法是最为常用的一种方法，其通过加入具有较高比表面积、紧密孔隙结构的吸附材料，来去除或回收废水中污染物，具有投资小、操作简便、能耗低、吸附污染物种类多等优势，被广泛应用于工业和城镇生活废水的处理。常用的吸附材料包括高分子树脂、活性炭、沸石、膨润土等，但它们在应用过程中还存在着一些不足之处，比如活性炭、沸石作为吸附材料价格昂贵，高分子树脂合成工艺复杂，膨润土则对污染物的吸附能力较差。

我国蕴含丰富的膨润土资源，其储量世界第一，因此，采用膨润土作为吸附材料是一种极具发展前景的废水处理材料。但如何进一步提升其对污染物的吸附能力成为了水质净化和废水处理方面关注的热点问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种制备过程简易且具备较强的污染物去除能力的无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

在一个总体方面，本发明提供了一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

将膨润土和钠化剂加入水中均匀混合，得到膨润土悬浮液；

将无机聚合物溶液加入到膨润土悬浮液中，反应得到第一混合溶液；

向第一混合溶液中加入水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅，在恒温水浴环境中搅拌并离心得到第一合成物；

将第一合成物真空干燥，得到无机聚合物改性膨润土吸附材料。

可选的，膨润土包括钙基膨润土。

可选的，钠化剂包括碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、硅酸钠中的一种或多种。

可选的，无机聚合物包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合羟基铁铝中的一种或多种。

可选的，水玻璃、硅溶胶、纳米二氧化硅按照如下重量份数比为水玻璃6~10份、硅溶胶5~20份、纳米二氧化硅10~20份

可选的，将膨润土和钠化剂加入水中均匀混合，得到膨润土悬浮液具体包括：

将膨润土和钠化剂同时加入水中得到混浊液；

搅拌混浊液使膨润土和钠化剂均匀混合；

过滤掉混浊液中粒径大于0.1mm的颗粒物质，得到膨润土悬浮液。

可选的，将无机聚合物溶液加入到膨润土悬浮液中，反应得到第一混合溶液具体包括：

将无机聚合物溶液滴加到膨润土悬浮液中；

将加入无机聚合物溶液的膨润土悬浮液超声分散；

反应完成后得到第一混合溶液。

可选的，将无机聚合物溶液滴加到膨润土悬浮液中具体包括：

搅拌膨润土悬浮液；

同时将无机聚合物溶液滴加到膨润土悬浮液中。

可选的，恒温水浴的温度为60~80℃。

可选的，将第一合成物真空干燥的环境温度为60℃以下。

本发明提供的一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法，由于本发明先将膨润土钠化得到层间距更大的钠基膨润土，而后引入无机聚合物进入到钠基膨润土层间，使其层间距进一步增大，可容纳更多的污染物进入其中，增强了改性膨润土对污染物的吸附能力；而后加入水玻璃、硅溶胶、纳米二氧化硅，让其与之前进入层间的无机聚合物在一定温度条件下进行充分地化学反应，在膨润土层间不断聚合生成纳米级沸石类多孔物质，使得改性膨润土对污染物的吸附能力得到进一步提升，最终得到一种高污染物吸附能力的膨润土吸附材料，该无机聚合物改性膨润土吸附材料对于重金属离子有着很强的吸附能力，可广泛应用于废水处理、污染土固化、污染场地修复等环境领域。此外，本发明一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法原材料便宜易得，制备工艺简便，经济成本低，不含腐蚀或毒性原料，是一种简易、高效、经济、环保的膨润土改性方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法的方法流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。应当理解的是，这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

实施例一

图1是本发明的无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法的方法流程图，如图1所示，本实施例提供了一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

S01、将膨润土和钠化剂加入水中均匀混合，得到膨润土悬浮液。

在本实施例的步骤S01中，将膨润土和钠化剂加入水中均匀混合，得到膨润土悬浮液具体的步骤为：

将膨润土放入到水中，并且同时将钠化剂加入水中，为了使膨润土和钠化剂充分混合反应，可以将混合后的液体放入搅拌机中，通过搅拌机的搅拌使之均匀混合，同时膨润土也会被搅拌机搅碎，成为细碎的颗粒。

进一步的，将搅拌后的浑浊液静置一段时间，待液体中的大颗粒杂志沉底，就可以用0.1mm的滤网过滤掉沉淀的细碎的颗粒，得到颗粒度小于0.1mm的膨润土悬浮液。

值得注意的是，本实施例中，膨润土为钙基膨润土，而钠化剂则包括碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、硅酸钠中的一种或多种。钙基膨润土和钠化剂反应后，将钙基膨润土钠化得到层间距更大的钠基膨润土。

S02、将无机聚合物溶液加入到膨润土悬浮液中，反应得到第一混合溶液。

在本实施例的步骤S02中，为了使无机聚合物能够与膨润土发生充分的反应，需要提前配置无机聚合物溶液，具体做法为将无机聚合物加入到水中，均匀搅拌使其充分溶解，静置一段时间后得到无机聚合物溶液。无机聚合物溶液制备完成后，将无机聚合物溶液滴加到膨润土悬浮液中，边滴加就边搅拌，直到无机聚合物溶液全部滴加完，就可以将加入无机聚合物溶液的膨润土悬浮液放置于超声分散仪上，对加入了无机聚合物溶液的膨润土悬浮液进行超声分散，反应完成后即可得到第一混合溶液。

值得注意的是，本实施例中，无机聚合物包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合羟基铁铝中的一种或多种。引入无机聚合物进入到钠基膨润土层间，使其层间距进一步增大，可容纳更多的污染物进入其中，增强了改性膨润土对污染物的吸附能力。

S03、向第一混合溶液中加入水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅，在恒温水浴环境中搅拌并离心得到第一合成物。

在本实施例的步骤S03中，得到第一混合溶液后，即可加入水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅与第一混合溶液反应，但是，水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅与第一混合溶液反应的环境为恒温水浴环境，恒温水浴的温度为60~80℃，并且水浴过程中还要不断的进行磁力搅拌，最后通过离心得到第一合成物。加入水玻璃、硅溶胶、纳米二氧化硅，让其与之前进入层间的无机聚合物在一定温度条件下进行充分地化学反应，在膨润土层间不断聚合生成纳米级沸石类多孔物质，使得改性膨润土对污染物的吸附能力得到进一步提升。

值得注意的是，水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅的重量份数比为水玻璃6~10份、硅溶胶5~20份、纳米二氧化硅10~20份。

S04、将第一合成物真空干燥，得到无机聚合物改性膨润土吸附材料。

在本实施例的步骤S04中，得到第一合成物以后，还需要继续进行反应，才能得到想要的复合纳米材料，具体来讲，就是将第一合成物用清水洗涤多次后，在60℃以下的环境中真空干燥，最终制备得到无机聚合物改性膨润土吸附材料。该无机聚合物改性膨润土吸附材料对于重金属离子有着很强的吸附能力，可广泛应用于废水处理、污染土固化、污染场地修复等环境领域。此外，本发明一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法原材料便宜易得，制备工艺简便，经济成本低，不含腐蚀或毒性原料，是一种简易、高效、经济、环保的膨润土改性方式。

实施例二

在本实施例中，具体提供了一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

将8份膨润土放入到100份水中，并且同时将1份钠化剂加入水中，将混合后的液体放入搅拌机中，控制搅拌速度为2500 r/min，搅拌10分钟，通过搅拌机的搅拌使之均匀混合，同时膨润土也会被搅拌机搅碎，成为细碎的颗粒。

进一步的，将搅拌后的浑浊液静置24小时，待液体中的大颗粒杂志沉底，就可以用0.1mm的滤网过滤掉沉淀的细碎的颗粒，得到颗粒度小于0.1mm的膨润土悬浮液。

值得注意的是，本实施例中，膨润土为钙基膨润土，而钠化剂则为0.5份碳酸钠和0.5份硫酸钠。

在本实施例的步骤S02中，将35份无机聚合物加入到100份水中，均匀搅拌使其充分溶解，静置12小时后得到无机聚合物溶液。无机聚合物溶液制备完成后，将无机聚合物溶液滴加到膨润土悬浮液中，边滴加就边搅拌，直到无机聚合物溶液全部滴加完，就可以将加入无机聚合物溶液的膨润土悬浮液放置于超声分散仪上，对加入了无机聚合物溶液的膨润土悬浮液进行超声分散，在25KHz超声波下继续反应6小时，反应完成后即可得到第一混合溶液。

值得注意的是，本实施例中，无机聚合物为20份聚合氯化铝、5份聚合硫酸铝、10份聚合硫酸铁。

在本实施例的步骤S03中，得到第一混合溶液后，即可加入水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅与第一混合溶液反应，水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅与第一混合溶液反应的环境为恒温水浴环境，恒温水浴的温度为60~80℃，并且水浴过程中还要不断的进行磁力搅拌48小时，最后通过离心得到第一合成物。

值得注意的是，水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅的重量份数比为水玻璃7份、硅溶胶10份、纳米二氧化硅15份。

在本实施例的步骤S04中，得到第一合成物以后，将第一合成物用清水洗涤多次后，在60℃以下的环境中真空干燥，最终制备得到无机聚合物改性膨润土吸附材料。

实施例三

作为本发明的又一实施例，与上一实施例不同的是，在本实施例的步骤S01中膨润土为8份，钠化剂为0.5份，其中钠化剂为0.5份硅酸钠；在步骤S02中，无机聚合物为30份，且无机聚合物包括10份聚合氯化铝、10份聚合硫酸铁、10份聚合羟基铁铝，在步骤S03中，恒温水浴的温度为70℃，水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅的重量份数比为水玻璃6份、硅溶胶8份、纳米二氧化硅10份。

实施例四

作为本发明的又一实施例，与上一实施例不同的是，在本实施例的步骤S01中膨润土为7份，钠化剂为1份，其中钠化剂包括0.5份碳酸钠和0.5份硝酸钠；在步骤S02中，无机聚合物为25份，且无机聚合物包括5份聚合氯化铝、5份聚合硫酸铝、15份聚合羟基铁铝，在步骤S03中，恒温水浴的温度为60℃，水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅的重量份数比为水玻璃10份、硅溶胶15份、纳米二氧化硅10份。

将未改性的钙基膨润土作为空白组，实施例二，三，四所制得的无机聚合物改性膨润土吸附材料加入到80 mg/L的Cr（VI）溶液中，吸附材料与溶液质量比为1 : 500，磁力搅拌24小时后测试溶液中Cr（VI）离子浓度。

测试溶液的结果如下表所示：

	空白组	实施例二	实施例三	实施例四
					溶液测试结果（mg/L）	65.54	4.59	2.96	5.35
改性膨润土吸附量（mg/g）	7.23	37.71	38.52	37.33

由表可知，在加入实施例二、三、四制备的无机聚合物改性膨润土吸附材料之后，溶液中Cr（VI）离子浓度大幅下降，最低降至2.96 mg/L，改性膨润土对重金属离子的吸附量达到38.52 mg/g，相对于未改性的钙基膨润土提高超过30 mg/g，表明本发明所合成无机聚合物改性膨润土吸附材料对重金属离子具有十分优异的吸附能力，可广泛应用于废水处理、污染土固化、污染场地修复等环境领域。

综上，本发明实施例提供了一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法，由于本发明先将膨润土钠化得到层间距更大的钠基膨润土，而后引入无机聚合物进入到钠基膨润土层间，使其层间距进一步增大，可容纳更多的污染物进入其中，增强了改性膨润土对污染物的吸附能力；而后加入水玻璃、硅溶胶、纳米二氧化硅，让其与之前进入层间的无机聚合物在一定温度条件下进行充分地化学反应，在膨润土层间不断聚合生成纳米级沸石类多孔物质，使得改性膨润土对污染物的吸附能力得到进一步提升，最终得到一种高污染物吸附能力的膨润土吸附材料，该无机聚合物改性膨润土吸附材料对于重金属离子有着很强的吸附能力，可广泛应用于废水处理、污染土固化、污染场地修复等环境领域。此外，本发明一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法原材料便宜易得，制备工艺简便，经济成本低，不含腐蚀或毒性原料，是一种简易、高效、经济、环保的膨润土改性方式，具备很好的实用性。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种无机聚合物改性膨润土吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将膨润土和钠化剂加入水中均匀混合，得到膨润土悬浮液；

将无机聚合物溶液加入到所述膨润土悬浮液中，反应得到第一混合溶液；

向所述第一混合溶液中加入水玻璃、硅溶胶和纳米二氧化硅，在恒温水浴环境中搅拌，让其与之前进入层间的无机聚合物在一定温度条件下进行充分地化学反应，在膨润土层间不断聚合生成纳米级沸石类多孔物质，并离心得到第一合成物；

将所述第一合成物真空干燥，得到无机聚合物改性膨润土吸附材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膨润土包括钙基膨润土。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠化剂包括碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、硅酸钠中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机聚合物包括聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合羟基铁铝中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水玻璃、硅溶胶、纳米二氧化硅按照如下重量份数比为水玻璃6~10份、硅溶胶5~20份、纳米二氧化硅10~20份。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将膨润土和钠化剂加入水中均匀混合，得到膨润土悬浮液具体包括：

将膨润土和钠化剂同时加入水中得到混浊液；

搅拌所述混浊液使膨润土和钠化剂均匀混合；

过滤掉所述混浊液中粒径大于0.1mm的颗粒物质，得到所述膨润土悬浮液。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将无机聚合物溶液加入到所述膨润土悬浮液中，反应得到第一混合溶液具体包括：

将所述无机聚合物溶液滴加到所述膨润土悬浮液中；

将加入所述无机聚合物溶液的所述膨润土悬浮液超声分散；

反应完成后得到所述第一混合溶液。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将所述无机聚合物溶液滴加到所述膨润土悬浮液中具体包括：

搅拌所述膨润土悬浮液；

同时将无机聚合物溶液滴加到所述膨润土悬浮液中。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述恒温水浴的温度为60~80℃。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述第一合成物真空干燥的环境温度为60℃以下。