一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法及应用，该方法利用廉价易得的蒙脱土和一水葡萄糖为原料，通过蒙脱土的纯化和钠化，蒙脱土和葡萄糖的水热处理及复合材料官能团化等步骤对复合材料的表面进行改性，从而完成水处理用碳改性蒙脱土的制备。通过本发明专利技术所述方法获得的蒙脱土和碳复合材料稳定性好、吸附性能好，对污水中铅离子最大吸附量为932.49mg/g，该方法可有效提高蒙脱石对重金属的吸附性能，而且分离效果得到提高、可回收，制备条件温和、简单，是一种高效、价廉的重金属离子吸附剂。

【技术实现步骤摘要】

专利技术属于环境与材料的交叉领域，具体涉及一种蒙脱土和碳的复合材料的制备和应用。
技术介绍
近10多年来，随着中国工业化的不断加速，涉及重金属排放的行业越来越多，包括矿山开采、金属冶炼、化工、印染、皮革、农药、饲料等，再加上一些污染企业的违法开采、超标排污等问题，使重金属污染事件出现高发态势。工业的快速发展导致大量的重金属进入环境，这些重金属污染物对环境和人类健康造成了非常严重的危害。重金属废水主要来自矿山坑内排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、烟草、油漆、颜料等工业。由于重金属不能为微生物所分解,并易于通过食物链在人体内蓄积,转化为毒性更大的甲基化合物,超过一定浓度后将对人体健康造成严重威胁。比如，铜盐对人体具有较大的毒性，可造成肝肾损害，还能损伤红细胞而引起血管内溶血。铅是作用于人体全身各系统和器官的累积性毒物，主要累积于神经、造血、消化、心血管等系统和肾脏，损害骨髓造血系统和神经系统等。2011年年初，《重金属污染综合防治“十二五”规划》得到国务院批复，这是我国历史上第一次把重金属污染的防治纳入国家的规划中。根据规划要求，到2015年，重点区域铅、汞、铬、和砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15％。到2015年，重点区域、重点重金属污染排放量比2007年减少15％，非重点区域的重点重金属污染排放量不超过2007年的水平。因此，水体重金属污染引起了人们的极大关注。由前所述，含铅废水污染环境，危害人体健康，研制价格低廉、选择好、容易再生的系列水处理净化新材料成为目前研究开发的热点。吸附法依旧是处理重金属废水的主要方法之一。但吸附剂费用昂贵是制约其应用的主要原因。近年来，蒙脱土作为一种新型吸附剂在水处理方面得到了应用，但其在水体中难分离特点制约了它的利用。我国蒙脱土资源丰富，来源广，成本低，而蒙脱土/碳复合材料具有比表面积大，吸附性能良好的特点，将其作为吸附剂去除废水中重金属离子具有重大的社会效益和环境效益。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法及应用，该方法利用廉价易得的蒙脱土和一水葡萄糖为原料，通过蒙脱土的纯化和钠化，蒙脱土和葡萄糖的水热处理及复合材料官能团化等步骤对复合材料的表面进行改性，从而完成水处理用碳改性蒙脱土的制备。通过本专利技术所述方法获得的蒙脱土和碳复合材料稳定性好、吸附性能好，对污水中铅离子最大吸附量为932.49mg/g，该方法可有效提高蒙脱土对重金属的吸附性能，而且分离效
果得到提高、可回收，制备条件温和、简单，是一种高效、价廉的重金属离子吸附剂。本专利技术所述的一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法，将蒙脱土和葡萄糖进行物理化学处理，合成蒙脱土/碳复合材料，再对其复合材料表面进行官能团化改性，具体操作按下列步骤进行：一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法，其特征在于将蒙脱土和葡萄糖进行物理化学处理，合成蒙脱土和碳复合材料，再对其复合材料表面进行官能团化改性，具体操作按下列步骤进行：a、蒙脱土的纯化和钠化：取蒙脱土加入去离子水中搅拌均匀，然后静置，待分层后，将底部残渣倒出，留上层清液待用，如此循环4次，制得提纯蒙脱土，将提纯后的蒙脱土加入去离子水缓慢搅拌形成均匀混合液，然后加入氯化钠固体，持续搅拌得到混合均匀的浆液，再将浆液离心处理，加入去离子水，多次清洗直至洗净氯离子为止，最后干燥得到钠基蒙脱土；b、蒙脱土和碳复合材料的制备：称取步骤a中钠基蒙脱土加入去离子水，超声处理半小时，形成均匀混合液，向混合液中加入一水葡萄糖，剧烈磁力搅拌50min，得到混合均匀的浆液，将得到的浆液倒入水热釜中，封闭好后，将水热釜放入烘箱中温度160-200℃反应24小时，再将混合物过滤，去离子水冲洗4次，去除葡萄糖等杂质，温度80℃干燥，碾磨后过200目筛，得到蒙脱土和碳复合材料，其中蒙脱土和一水葡萄糖质量之比为1:0.5-1:4；c、官能团化的蒙脱土和碳复合材料制备：称取步骤b中蒙脱土和碳复合材料，加入质量分数为10％-30％的双氧水50mL中，剧烈搅拌4.0小时后，离心分离，用去离子水洗3次，温度60℃烘干得到羧基化的蒙脱土和碳复合材料；或将蒙脱土和碳复合材料与浓度为0.1-1.0mol/L的NaOH溶液混合，然后转移到反应釜中，温度150℃下热水反应5h，用去离子水反复清洗，干燥，得到羟基化的蒙脱土和碳复合材料；或向50mL乙二胺溶液中加入蒙脱土和碳复合材料和亚硝酸钠，将混合液在温度50℃水浴温度下超声半小时，然后在温度为80-100℃下微波处理40min，最后经过反复冲洗产物，干燥，得到氨基化的蒙脱土和碳复合材料。所述方法获得的蒙脱土和碳复合材料在去除含重金属铅离子污水中的用途。本专利技术所述的一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法及应用，对官能团化前后的蒙脱土和碳复合材料对含铅废水处理的性能分析：将得到蒙脱土和碳复合材料、羧基化的蒙脱土和碳复合材料、羟基化的蒙脱土和碳复合材料和氨基化的蒙脱土/碳复合材料0.4g/L投加到含铅废水10-300mg/L中，然后调节到pH为6和温度303K，对废水进行150rpm下振荡27小时，分离后，即可进行吸附去除重金属铅离子的性能分析。本专利技术所述的一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法，该方法通过碳的引入，进一步提高其表面的官能团密度，从而大大提高了对重金属离子的吸附能力。以得到蒙脱土和碳复合材
料、羧基化的蒙脱土和碳复合材料、羟基化的蒙脱土和碳复合材料和氨基化的蒙脱土和碳复合材料为吸附剂，分别对不同浓度的铅进行吸附试验，吸附剂投加量为0.4g/L，铅离子浓度为10-300mg/L，pH为2-7，温度为15-30℃，吸附时间为27小时。其结果表明：蒙脱石和碳和羧基化蒙脱石和碳对铅离子的吸附量最大可达到702.82和932.49mg/g，大大高于蒙脱土和活性炭对铅离子的吸附能力。同时，制备蒙脱土和碳复合材料，蒙脱土与碳源(一水葡萄糖)质量之比在1:0.5-4范围内可以达到最佳的实施效果，增加碳源量可以提高吸附效果，但过多的碳源会降低吸附能力。综上所述，本专利技术所述的重金属离子吸附剂不仅原料便宜、易得，制备简单，而且对重金属铅离子具有很好的去除效果。附图说明图1为本专利技术实施例5中制备蒙脱石/碳复合材料的扫描电镜图；图2为本专利技术中不同蒙脱土和碳源质量之比下对铅离子吸附量的变化，其中铅离子初始浓度为200mg/L；图3为本专利技术中不同水热反应温度下对铅离子的吸附量的变化，其中蒙脱土与碳源质量之比为1:3.7。图4为本专利技术不同官能团化的吸附剂对铅离子吸附量的变化，其中铅离子初始浓度为300mg/L；图5为本专利技术不同官能团化的吸附剂对铅离子去除率的变化，其中铅离子初始浓度为300mg/L。具体实施方式：实施例1(蒙脱土和碳复合材料)a、蒙脱土的纯化和钠化：取20g蒙脱土加入400mL去离子中搅拌均匀，然后静置，待分层后,将底部残渣倒出,上层清液继续使用，如此循环4次，制得较高纯度的蒙脱土，将蒙脱土加入100mL去离子水缓慢搅拌形成均匀混合液，然后加入氯化钠固体1g，持续搅拌得到混合均匀的浆液，再将浆液离心处理，加入去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法，其特征在于将蒙脱土和葡萄糖进行物理化学处理，合成蒙脱土和碳复合材料，再对其复合材料表面进行官能团化改性，具体操作按下列步骤进行：a、蒙脱土的纯化和钠化：取蒙脱土加入去离子水中搅拌均匀，然后静置，待分层后，将底部残渣倒出，留上层清液待用，如此循环4次，制得提纯蒙脱土，将提纯后的蒙脱土加入去离子水缓慢搅拌形成均匀混合液，然后加入氯化钠固体，持续搅拌得到混合均匀的浆液，再将浆液离心处理，加入去离子水，多次清洗直至洗净氯离子为止，最后干燥得到钠基蒙脱土；b、蒙脱土和碳复合材料的制备：称取步骤a中钠基蒙脱土加入去离子水，超声处理半小时，形成均匀混合液，向混合液中加入一水葡萄糖，剧烈磁力搅拌50min，得到混合均匀的浆液，将得到的浆液倒入水热釜中，封闭好后，将水热釜放入烘箱中温度160‑200℃反应24小时，再将混合物过滤，去离子水冲洗4次，去除葡萄糖等杂质，温度80℃干燥，碾磨后过200目筛，得到蒙脱土和碳复合材料，其中蒙脱土和一水葡萄糖质量之比为1:0.5‑1:4；c、官能团化的蒙脱土和碳复合材料制备：称取步骤b中蒙脱土和碳复合材料，加入质量分数为10%‑30%的双氧水50mL中，剧烈搅拌4.0小时后，离心分离，用去离子水洗3次，温度60℃烘干得到羧基化的蒙脱土和碳复合材料；或将蒙脱土和碳复合材料与浓度为0.1‑ 1.0mol/L的NaOH溶液混合，然后转移到反应釜中，温度150℃下热水反应5h，用去离子水反复清洗，干燥，得到羟基化的蒙脱土和碳复合材料；或向50mL乙二胺溶液中加入蒙脱土和碳复合材料和亚硝酸钠，将混合液在温度50℃水浴温度下超声半小时，然后在温度为80‑100℃下微波处理40min，最后经过反复冲洗产物，干燥，得到氨基化的蒙脱土和碳复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种蒙脱土和碳复合材料的制备方法，其特征在于将蒙脱土和葡萄糖进行物理化学处理，合成蒙脱土和碳复合材料，再对其复合材料表面进行官能团化改性，具体操作按下列步骤进行：a、蒙脱土的纯化和钠化：取蒙脱土加入去离子水中搅拌均匀，然后静置，待分层后，将底部残渣倒出，留上层清液待用，如此循环4次，制得提纯蒙脱土，将提纯后的蒙脱土加入去离子水缓慢搅拌形成均匀混合液，然后加入氯化钠固体，持续搅拌得到混合均匀的浆液，再将浆液离心处理，加入去离子水，多次清洗直至洗净氯离子为止，最后干燥得到钠基蒙脱土；b、蒙脱土和碳复合材料的制备：称取步骤a中钠基蒙脱土加入去离子水，超声处理半小时，形成均匀混合液，向混合液中加入一水葡萄糖，剧烈磁力搅拌50min，得到混合均匀的浆液，将得到的浆液倒入水热釜中，封闭好后，将水热釜放入烘箱中温度160-200℃反应24小时，再将混合物过滤，去离子水冲洗4次，去除葡萄糖等杂质，温...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾汉忠，祝可成，王传义，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：新疆;65