一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法技术

一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法，将两性表面活性剂加入蒸馏水中，然后调节pH值，得到两性表面活性剂的溶液；搅拌下，将磁化土壤或磁化黏土矿物加入到两性表面活性剂的溶液中，搅拌至反应平衡，分离出磁性固体物质，得到磁化两性吸附剂；或在搅拌下，以边搅拌边喷洒的方式直接将两性表面活性剂的溶液均匀添加到磁化土壤或磁化黏土矿物中，继续搅拌均匀，真空干燥，得到磁化两性吸附剂。本发明专利技术将磁化分离和两性修饰具有的对有机、重金属阳离子同时吸附的能力良好的结合起来，制备一种即对有机污染物和重金属阳离子污染物具有同时良好的吸附能力，同时在磁场条件下易于回收和再分散的新型吸附剂。

Method for preparing magnetic amphoteric adsorbent with fast separation and simultaneous adsorption of heavy metal cations and organic matter

A kind of amphoteric adsorption is rapid magnetization separation and simultaneous adsorption of heavy metal cations and organic agent preparation method, the amphoteric surfactant into distilled water, and then adjust the pH value to obtain solution of amphoteric surfactants; stirring, magnetized soil or clay mineral magnetization added to the solution of amphoteric surfactants in response, stirring to balance, separating the magnetic solid substances can be magnetized amphoteric adsorbent; or under stirring, the solution of amphoteric surfactants were added to the uniform magnetized soil or clay minerals in the magnetic stirring spraying way, continue stirring, vacuum drying, amphoteric adsorbent can be magnetized. The invention of magnetic separation and modified with the organic and heavy metal cation adsorption capacity and good combination, a preparation that is also good for the adsorption capacity of organic pollutants and heavy metal cation pollutants, while the magnetic field is easy to back a new adsorbent and then dispersed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吸附剂的制备方法，具体涉及一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法。
技术介绍
由于工业废水排放、城市垃圾废弃物的填埋处置、污水污灌、污泥土地利用、农药使用以及大气沉降等多因素的影响，环境中有机物(如苯、苯酚、苯胺、多环芳烃类、有机杀虫剂、农药等的一种或多种)、重金属阳离子(如Cd2+、Pb2+等的一种或多种)共存的复合污染已经成为环境污染的主要形式，这些污染物可以造成水生态环境的污染，还可能通过水生生物的吸收累积而进入食物链，从而对人体健康造成严重危害。通过吸附剂的吸附作用去除环境中有机物、重金属污染物是环境保护的一类重要方法。理想的新型吸附剂的开发主要注重两方面的问题，一是增强吸附能力及其扩展可吸附污染物的范围；二是能够具有快速固液分离(有利于回收吸附剂、保证出水水质)和快速分散(有利于吸附剂再次使用)的能力。但综合考虑这两方面的吸附剂目前尚不多见。当前在水处理普遍使用的吸附剂包括活性炭、黏土矿物、粉煤灰、分子筛等，从提高吸附剂对目标物(欲吸附的物质)的吸附能力角度看，由于环境中的有机污染物和重金属阳离子的性质是相反的，有机污染物大多是非极性物质，在水中溶解度不大且易于被非极性吸附剂所吸附，而重金属阳离子主要是极性物质，在水中溶解度较大且易于被极性吸附剂所吸附，因此用于水中污染物处理的天然吸附剂往往具有单一性，也就是用于吸附有机物的吸附剂对重金属离子吸附较差，而用于吸附重金属离子的吸附剂也不适于吸附有机污染物。采用化学物质修饰是提高吸附剂吸附能力的良好方法。采用两性表面活性剂对土壤、膨润土、蛭石等天然吸附剂进行修饰改性，利用两性表面活性剂结构上同时具有疏水性基团和两个分别带正、负电荷亲水基团的特征，使得两性表面活性剂的正电端吸附在土壤表面上以对土壤进行改性，一方面利用两性表面活性剂负电荷端及配位基团增加对重金属阳离子的吸持作用，另一方面两性表面活性剂本身含有的疏水基团仍保持一定的对有机污染物的吸附作用，可以达到同时吸附有机物、重金属复合污染物。在分散和分离方面，吸附过程和可能的吸附剂的再生过程均需要良好的分散和固液分离能力。目前这些常用的吸附剂在水相中的分散性与沉降性能往往相反。易于分散的吸附剂，特别是黏土矿物一类的吸附剂，一般固液接触充分，吸附效果好，但往往难于从水相中固液分离，在实际应用中往往是通过添加絮凝剂的方式加速沉降，而这样的结果使得该吸附剂难于被重复利用，经济性和循环性不好；反过来，易于沉降的吸附剂往往颗粒大，水相中悬浮时间短，固液接触时间短，吸附效果相对较差，往往需要通过水流搅动来提高悬浮效果。在沉降和悬浮两个矛盾的性质上，吸附剂往往难于得到统一，使得在实际应用过程中的人工调控往往耗费工艺时间和成本。通过离心沉降和过滤的方式，虽然可以达到固液分离的效果，但由于吸附剂的被压缩，形成密实泥饼而难于被分散达到重复利用的目的，同时这些方式均需要一定的专用设备。现在有研究采用吸附剂的磁性化方式，来快速沉降吸附剂，这种方法可以通过磁性作用来加速沉降，也可以通过去除磁性作用，使得吸附剂重新分散，方法简单，不需要专用设备就可以达到，因此具有较好的兼顾扩散和固液分离的效果。现有两性修饰吸附剂的方法存在以下问题：与原土相比较，虽然对重金属阳离子、有机物地吸附增加的幅度大约分别在1.3～1.8倍、4.0～8.3倍左右，但其沉降分离能力较差。已有实验数据显示，称取0.2g吸附剂于20mL水中，放置于Φ25mm的圆柱形沉降瓶中，液面高4.5cm，未修饰膨润土、100BS膨润土在有、无磁场条件下完全沉降需要11min、8min，远远高于磁性膨润土在外加磁场作用下完全沉降仅需<1min的时间。现有磁化黏土矿物和磁化-阳离子型修饰黏土矿物技术中还存在以下问题：(1)磁化黏土矿物和磁化修饰黏土矿物均仅仅考虑单一的对有机物或者重金属阳离子的吸附，均没有考虑对二者的同时吸附；(2)磁化黏土矿物对于重金属离子的吸附能力比磁化前均有所下降，而对有机污染物的吸附能力仅能针对浓度较低的有机废水，如磁化累托石对40mg/L染料废水、磁化膨润土对30mg/L染料废水等，对高浓度的有机废水吸附能力相对较差，使用范围不广；(3)磁化修饰黏土矿物采用的是阳离子型表面活性剂修饰，虽然对有机污染物吸附增加相对较好，但其对重金属阳离子的吸附能力却大幅下降。前述的两性修饰吸附剂具有良好的对有机、重金属复合污染的同时吸附的能力，但分散性和快速沉降性能不能兼顾，而磁性吸附剂均不具有良好的对有机、重金属同时吸附的能力。将二者有机的结合起来，制备一种新型的，即具有良好的分散、分离性能，又具有良好的对有机、重金属阳离子同时吸附能力的吸附剂，对于污水处理、水质净化等环保应用具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法，该方法将磁性分离和两性修饰具有的对有机、重金属阳离子同时吸附的能力良好的结合起来，制备一种即对有机污染物和重金属阳离子污染物具有同时良好的吸附能力，同时在磁场条件下易于回收和再分散的新型吸附剂。为实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法，包括以下步骤：1)将两性表面活性剂加入蒸馏水中，加热至40～60℃溶解，然后调节pH值与磁化土壤或磁化黏土矿物的pH值相同，得到两性表面活性剂的溶液；其中，两性表面活性剂的质量与水的质量比为1:1～1:4，两性表面活性剂为烷基甜菜碱；2)搅拌下，将磁化土壤或磁化黏土矿物加入到步骤1)中的两性表面活性剂的溶液中，在40～60℃下搅拌至反应平衡，静置，磁铁沉降分离出磁性固体物质，真空烘干，得到磁化两性吸附剂；或通过以下方法制备：1)将两性表面活性剂加入水中，加热至40～60℃溶解，然后调节pH值与磁化土壤或磁化黏土矿物的pH值相同，得到两性表面活性剂的溶液；其中，两性表面活性剂的质量与水的质量比为1:1，两性表面活性剂为烷基甜菜碱；2)在搅拌下，以边搅拌边喷洒的方式直接将两性表面活性剂的溶液均匀添加到磁化土壤或磁化黏土矿物中，继续搅拌均匀，真空干燥、粉碎，得到磁化两性吸附剂。本专利技术进一步的改进在于，磁化土壤或磁化黏土矿物通过以下方法制备：1)将土壤或黏土矿物分散到蒸馏水中，搅拌均匀，得到土壤或黏土矿物的浆液；其中，土壤或黏土矿物与蒸馏水的比为1kg：30.0L；2)在氮气保护下，将三价铁盐和二价铁盐加入到土壤或黏土矿物的浆液中，先于60℃搅拌2～4h，然后升温至60～80℃，调节pH值为10，再于60～80℃下搅拌1～2h后，真空干燥、粉碎，得到磁化土壤或磁化黏土矿物。本专利技术进一步的改进在于，三价铁盐和二价铁盐中Fe3+：Fe2+的摩尔比为2:1；三价铁盐和二价铁盐反应生成Fe3O4，土壤与Fe3O4的比为1kg土壤：10～50mol Fe3O4，黏土矿物与Fe3O4的比为1kg黏土矿物：10～50mol Fe3O4。本专利技术进一步的改进在于，所述土壤为含有2:1型黏土矿物的恒电荷土壤；黏土矿物为2:1型黏土矿物，包括膨润土、蒙脱土、伊利石、海泡石以及凹凸棒石。本专利技术进一步的改进在于，所述二价铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将两性表面活性剂加入蒸馏水中，加热至40～60℃溶解，然后调节pH值与磁化土壤或磁化黏土矿物的pH值相同，得到两性表面活性剂的溶液；其中，两性表面活性剂的质量与水的质量比为1:1～1:4，两性表面活性剂为烷基甜菜碱；2)搅拌下，将磁化土壤或磁化黏土矿物加入到步骤1)中的两性表面活性剂的溶液中，在40～60℃下搅拌至反应平衡，静置，磁铁沉降分离出磁性固体物质，真空烘干，得到磁化两性吸附剂；或通过以下方法制备：1)将两性表面活性剂加入水中，加热至40～60℃溶解，然后调节pH值与磁化土壤或磁化黏土矿物的pH值相同，得到两性表面活性剂的溶液；其中，两性表面活性剂的质量与水的质量比为1:1，两性表面活性剂为烷基甜菜碱；2)在搅拌下，以边搅拌边喷洒的方式直接将两性表面活性剂的溶液均匀添加到磁化土壤或磁化黏土矿物中，继续搅拌均匀，真空干燥、粉碎，得到磁化两性吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将两性表面活性剂加入蒸馏水中，加热至40～60℃溶解，然后调节pH值与磁化土壤或磁化黏土矿物的pH值相同，得到两性表面活性剂的溶液；其中，两性表面活性剂的质量与水的质量比为1:1～1:4，两性表面活性剂为烷基甜菜碱；2)搅拌下，将磁化土壤或磁化黏土矿物加入到步骤1)中的两性表面活性剂的溶液中，在40～60℃下搅拌至反应平衡，静置，磁铁沉降分离出磁性固体物质，真空烘干，得到磁化两性吸附剂；或通过以下方法制备：1)将两性表面活性剂加入水中，加热至40～60℃溶解，然后调节pH值与磁化土壤或磁化黏土矿物的pH值相同，得到两性表面活性剂的溶液；其中，两性表面活性剂的质量与水的质量比为1:1，两性表面活性剂为烷基甜菜碱；2)在搅拌下，以边搅拌边喷洒的方式直接将两性表面活性剂的溶液均匀添加到磁化土壤或磁化黏土矿物中，继续搅拌均匀，真空干燥、粉碎，得到磁化两性吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法，其特征在于，磁化土壤或磁化黏土矿物通过以下方法制备：1)将土壤或黏土矿物分散到蒸馏水中，搅拌均匀，得到土壤或黏土矿物的浆液；其中，土壤或黏土矿物与蒸馏水的比为1kg：30.0L；2)在氮气保护下，将三价铁盐和二价铁盐加入到土壤或黏土矿物的浆液中，先于60℃搅拌2～4h，然后升温至60～80℃，调节pH值为10，再于60～80℃下搅拌1～2h后，真空干燥、粉碎，得到磁化土壤或磁化黏土矿物。3.根据权利要求2所述的一种具有快速分离和同时吸附重金属阳离子与有机物的磁化两性吸附剂的制备方法，其特征在于，三价铁盐和二价铁盐中Fe3+：Fe2+的摩尔比为2:1；三价铁盐和二价铁盐反应生成Fe3O4，土壤与Fe3O4的比为1kg土壤：10～50mol Fe3O4，黏土矿物与Fe3O4的比为1kg黏土矿物：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟昭福，任爽，邓晶，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61