吸附、钝化重金属的纳米型蒙脱土及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料及其制备方法和应用。一种吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法，包括：原料混合步骤：将蒙脱土加入到乙酸钾溶液中，进行搅拌，得到混合料液；蒙脱土纳米化步骤：将所述混合料液升温至45‑75℃进行冷凝回流、并恒温反应，得到悬浊液。本发明专利技术对蒙脱土进行了纳米化，极大地增加其矿物比表面，从而显著增加其对金属离子的交换和吸附性能。

Nano-montmorillonite for adsorbing and passivating heavy metals and its preparation method and Application

The invention discloses a nano-montmorillonite material for adsorbing or passivating heavy metals and a preparation method and application thereof. A preparation method of nano-montmorillonite material for adsorbing or passivating heavy metals includes: raw material mixing step: adding montmorillonite into potassium acetate solution, stirring to obtain mixture liquid; nano-montmorillonite step: heating the mixture liquid to 45 75 C for condensation reflux, and constant temperature reaction to obtain suspension liquid. The invention nanocrystallizes montmorillonite, greatly increases its mineral specific surface, thereby significantly increasing its exchange and adsorption performance for metal ions.

【技术实现步骤摘要】
吸附、钝化重金属的纳米型蒙脱土及其制备方法和应用
本专利技术属于重金属污染土壤修复
，具体涉及一种可高效吸附、钝化重金属的纳米型蒙脱土及其制备方法和应用。
技术介绍
+土壤重金属污染是当前我国面临的主要环境问题之一，重金属污染土壤的修复技术研究近年来有大量的报道，纵观目前重金属污染土壤的修复技术及成果，无害化与减量化是重金属污染土壤修复的二大原则：其中，无害化处理即基于不同物理、化学方法，降低土壤中重金属的迁移、转化特性，从而降低其环境风险，包括玻璃化、固化稳定及原位化学钝化等，这也是目前我国重金属污染农田土壤修复的主要技术之一。目前，应用于重金属污染土壤修复及水体净化的材料主要包括：粘土矿物(如蒙脱土、高岭土、沸石、凹凸棒、海泡石等)；碳质纳米材料(如C60材料、单束碳质纳米管等)；金属氧化物颗粒(如ZnO、Fe2O3、Fe3O4及TiO2等)；零价金属材料(如零价铁、银等)以及各种人工聚合物材料。近年来，随着研究的逐步深入，利用不同纳米材料进行重金属污染土壤治理与污水净化的研究越来越受到重视。无机纳米颗粒由于其具有的巨大吸附比表面，对重金属离子具有强力的吸附、固定作用，这种强力吸附作用对降低污染土壤中重金属离子的迁移转化及污染水体中金属离子的絮凝、净化具有重要作用。纳米材料的制备方法主要可以分为物理和化学二种方法。其中物理制备的方法主要有真空冷凝法、物理粉碎法及机械球磨法等；化学法则可分为气相沉积法、化学(共)沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法及微乳液法等。目前，由于其操作简单、成本低等特点，其中的物理粉碎法、机械球磨法及化学(共)沉淀法在环境污染防治的纳米材料制备中应用较多，但上述制备方法制备的纳米材料大多具有产品纯度低、颗粒分布不均匀及颗粒直径较大的特点，如机械球磨法制得的蒙脱土颗粒物最大直径可达300nm。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种吸附、钝化重金属的纳米型蒙脱土材料及其制备方法。本专利技术的目的之二在于提供一种纳米型蒙脱土材料在降低污染土壤中重金属含量及污水中重金属高效去除方面的应用。本专利技术的技术解决方案：一种吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法，包括：原料混合步骤：将蒙脱土加入到乙酸钾溶液中，进行搅拌，得到混合料液；蒙脱土纳米化步骤：将所述混合料液升温至45-75℃进行冷凝回流、并恒温反应，得到悬浊液。本专利技术选用乙酸钾作为蒙脱土的插层化合物，除其价格低廉外，更重要的是钾是土壤中需要的营养元素，不会像钠盐一样给土壤造成盐渍化。另外，本专利技术选用冷凝回流反应既可防止溶液蒸发起到循环反应作用，也可增强插层反应的效果。相对于常温条件下机械混合和超声混合法制备，本专利技术方法得到的纳米型蒙脱土材料吸附或钝化重金属的能力要强。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，还包括离心分离步骤，优选地，所述离心分离步骤为：将所述悬浊液在8000-10000转/分的条件下进行离心分离10-15分钟，去除上清液，得到下层沉淀；优选地，向所述下层沉淀中加入水或无水乙醇进行洗涤，之后离心分离，并将得到的固体沉淀物烘干，由此得到固体所述纳米型蒙脱土材料；更优选地，所述洗涤次数为3次；更优选地，所述烘干温度为60℃。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述原料混合步骤中，所述乙酸钾溶液的溶剂为乙酸溶液；优选地，作为溶剂的所述乙酸溶液的浓度为6mol/L；本专利技术采用乙酸溶液作为溶剂，其中乙酸本身也可以进行部分插层反应，从而增强插层反应的效果；而相对于采用水作为溶剂来说，可使得溶液不容易蒸发(乙酸沸点高于水，118℃)，且可增强插层反应效果(水不能进行插层反应)；优选地，所述乙酸钾溶液是将乙酸钾在搅拌下加入到乙酸溶液中而得；更优选地，所述搅拌为磁力搅拌。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述乙酸钾溶液的pH为6.50-7.50；乙酸钾溶液的pH主要基于蒙脱土本身pH值及其在污水净化和土壤中的应用来确定，pH过低时H+浓度增加，影响K+的吸附性能，pH过高，蒙脱土中的金属离子(Ca2+、Si4+、Al3+等)将产生沉淀反应；更优选地，所述乙酸钾溶液的pH为6.80；更优选地，采用0.1mol/L的HNO3/KOH调节所述乙酸钾溶液的pH。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述原料混合步骤中，所述乙酸钾溶液的浓度为0-3.0mol/L，优选地，所述乙酸钾溶液的浓度为0.5-2.5mol/L，进一步优选地，所述乙酸钾溶液的浓度为2.0mol/L。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述原料混合步骤中，所述蒙脱土：乙酸钾(质量比)＝2.5：1～5：6。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述原料混合步骤中，在所述蒙脱土加入到乙酸钾溶液之前，将所述蒙脱土进行过筛处理，优选地，将所述蒙脱土过220-300目筛取筛下物。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述蒙脱土纳米化步骤中，所述恒温反应的时间为8-12h，反应时间过少则反应不够完全，反应时间过长则浪费能源和延长时间。在上述吸附及钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述蒙脱土纳米化步骤中，所述恒温反应的温度为58-62℃；在该温度下可促进同晶置换反应，所述恒温反应温度过低则反应速度慢，反应温度过高对反应速度没有较大提高且会增加对反应设备的要求。一种采用上述方法制备的吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料。在上述吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料中，优选地，利用单点N2吸附法(BET-N2)测定，所述纳米型蒙脱土材料的比表面积为20.4～130.5m2/g；利用激光粒度仪测定，所述纳米型蒙脱土材料的平均粒径为74.1～98.6nm；所述纳米型蒙脱土材料的阳离子交换容量(CEC,mmol/100g)为71.6～136.5mmol/100g。一种纳米型蒙脱土材料在降低污染土壤中重金属含量方面的应用，所述应用的具体方法包括：将上述纳米型蒙脱土材料添加到污染土壤中以对土壤中的重金属进行钝化。在上述应用中，作为一种优选实施方式，所述污染土壤中重金属为Cd和/或Pb。更优选地，所述污染土壤中重金属Cd的含量为1-2mg/kg，所述污染土壤中重金属Pb的含量为100-200mg/kg。在上述应用中，作为一种优选实施方式，所述污染土壤的pH为7.5-8.0；优选为7.8-7.9。在上述应用中，作为一种优选实施方式，上述纳米型蒙脱土材料的添加量为所述污染土壤质量的0.25-2％，更优选为0.5-1.0％。一种纳米型蒙脱土材料在去除污水中重金属方面的应用，所述应用为将上述纳米型蒙脱土材料添加到重金属污染的水体中以对污水中的重金属进行吸附。在上述应用中，作为一种优选实施方式，所述污水中重金属为Cd和/或Pb。更优选地，所述污水中重金属Cd的含量为10-200mg/L，所述污水中重金属Pb的含量为10-200mg/L。在上述应用中，作为一种优选实施方式，所述污水的pH为6-7；优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法，其特征在于，包括：原料混合步骤：将蒙脱土加入到乙酸钾溶液中，进行搅拌，得到混合料液；蒙脱土纳米化步骤：将所述混合料液升温至45‑75℃进行冷凝回流、并恒温反应，得到悬浊液。

【技术特征摘要】
1.一种吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法，其特征在于，包括：原料混合步骤：将蒙脱土加入到乙酸钾溶液中，进行搅拌，得到混合料液；蒙脱土纳米化步骤：将所述混合料液升温至45-75℃进行冷凝回流、并恒温反应，得到悬浊液。2.根据权利要求1所述的吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法，其特征在于，还包括离心分离步骤；优选地，所述离心分离步骤为：将所述悬浊液在8000-10000转/分的条件下进行离心分离10-15分钟，去除上清液，得到下层沉淀；更优选地，向所述下层沉淀中加入水或/和无水乙醇进行洗涤，之后离心分离，并将得到的固体沉淀物烘干，由此得到固体所述纳米型蒙脱土材料；更优选地，所述洗涤次数为3次；更优选地，所述烘干温度为60℃。3.根据权利要求1所述的吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法，其特征在于，在所述原料混合步骤中，所述乙酸钾溶液的溶剂为乙酸溶液；优选地，作为溶剂的所述乙酸溶液的浓度为6mol/L；优选地，所述乙酸钾溶液是将乙酸钾在搅拌下加入到乙酸溶液中而得；更优选地，所述搅拌为磁力搅拌；优选地，所述乙酸钾溶液的pH为6.50-7.50；更优选地，所述乙酸钾溶液的pH为6.80；更优选地，采用0.1mol/L的HNO3/KOH调节所述乙酸钾溶液的pH。优选地，所述乙酸钾溶液的浓度为0-3.0mol/L；更优选地，所述乙酸钾溶液的浓度为0.5-2.5mol/L，进一步优选地，所述乙酸钾溶液的浓度为2.0mol/L；优选地，所述蒙脱土与乙酸钾的质量比为2.5：1～5：6。优选地，在所述蒙脱土加入到乙酸钾溶液之前，将所述蒙脱土进行过筛处理，更优选地，将所述蒙脱土过220-300目筛。4.根据权利要求1所述的吸附或钝化重金属的纳米型蒙脱土材料的制备方法，其特征在于，在所述蒙脱土纳米化步骤中，所述恒温反应的时间为8-12h；优选地，所述恒温反应的温度为58-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，郭雪雁，祖浩东，陈世宝，王萌，
申请(专利权)人：北京交通大学附属中学，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11