悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备方法及其处理工业废水中重金属的应用技术

本发明专利技术涉及一种悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备方法及其处理工业废水中重金属的应用；包括(1)凹凸棒酸性预处理；(2)凹凸棒介孔材料的制备；(3)功能化凹凸棒介孔材料的制备和(4)悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备；并且应用悬浮球型凹凸棒吸附剂处理工业废水法，吸附剂按固液比为1:5(g/L)投加到工业废水中处理并净化工业废水。与现有的凹凸棒吸附剂相比：此吸附剂通过自组装方式制得的介孔材料具有高的比表面积，并利用低成本的丙烯酸作为中间介质将介孔材料和硅烷偶联剂相连接，扩大介孔材料的内部孔径，具有高的选择性，能定向的吸附重金属离子。提高了吸附效率，处理过程中不产生二次污染，可多次回收利用，回收便利，处理成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸附剂技术和污水处理
，具体涉及一种以凹凸棒为基体利用自组装技术和功能化多孔材料而制备的一种用于处理废水中重金属的吸附剂。
技术介绍
众所周知，水是地球上所有生命赖以生存的基础。在我国这样人口众多，水资源需求量大的国家，各种层出不穷的水污染事件却令人触目惊心，如2015年4月27日，宜昌长阳蒙特锰业排污致水体变黑变臭，进而污染母亲河清江。2015年6月15日，广东练江水受到严峻的污染，变成了劣Ⅴ类水，根据2014年的监测结果，主要污染指标比2013年呈加重趋势。成为全国污染最重的河流之一，两岸居民也因此饱受其苦。还有2015年6月17日，安徽池州镇里数千亩农田也变成了荒地。只因化工园污染灌溉水源。这些水中含有大量有毒物，多项污染物超标。这样的案例数不胜数，令人堪忧。在工业生产中，大量有毒有害物质不合理的排放加剧了水环境的恶化和水资源的缺乏，最终将影响到人类的生存和经济的发展。2015年1月1日，被称为“史上最严”的新《环境保护法》正式实施，引起了公众的关注；另外在2015年4月2日，国务院发布了关于印发水污染防治行动计划(水十条)的通知，都表明了水污染问题极其严峻，需要立即遏制，并且急需展开水污染防治措施。目前，重金属污染严重威胁着人类的身体健康。因为它具有高毒性、非生物降解性、生物富集性等等。而且，生物体还能富集重金属，最终到达人的体内，极其微量就能致人死亡，甚至还能转化为更为毒性的新物质。去除水中重金属的方法众多，有化学沉淀法、离子交换法、电化学法、生物法、吸附法等。其中吸附法以其原料来源广、成本低，操作简单，效率高、选择性高，可回收，无二次污染等优点备受瞩目，在处理水中重金属中占据重要地位。由于凹凸棒储量丰富，廉价易得，比表面积大，吸附性能优异，无污染等性质，使其成为一种优质的吸附剂。凹凸棒又称坡缕石，是一种层链状以富含镁硅酸盐为主的粘土矿物，具有纤维状结构的晶束聚集体。图1为凹凸棒的SEM显微图。如今利用凹凸棒为基体制备吸附剂用于处理水中重金属的方法很多，但其技术水平普遍偏低，吸附效果不是特别好，而且多数为粉末状，不利于回收，受到了一定的局限。CN104722265A公开了一种利用乙二胺四乙酸改性凹凸棒土制备吸附剂的方法及其应用。乙二胺四乙酸几乎能和所以金属离子络合形成稳定的螯合物，选择性低，投加量大，可燃、低毒、具有刺激性，存在安全隐患。CN104707564A公开了一种以凹凸棒为原料，通过预处理、酸改性、负载Fe3O4、活化热处理等工艺制备的凹凸棒/Fe3O4复合材料。此方法控制需求高，选择性低，Fe3O4在高温条件下不稳定，吸附性能不高，难以广泛应用。CN104014299A的公开了一种利用凹凸棒土和水一定比例混合制备成颗粒吸附剂的方法。这种方法虽简单、易于回收，但能源消耗大，不利于节能环保，凹凸棒分散性差、吸附效果不显著，不能实现对凹凸棒中所有组分的高效综合利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于克服已有技术的缺点，提供一种以凹凸棒为基体制备吸附剂的方法以及采用该吸附剂处理废水中重金属的应用，该吸附剂不仅原材料成本低，丰富易得，吸附性强，较大的内外比表面积，吸附效率大大提高，可多次回收利用，对环境不会造成二次污染等等。本专利技术的目的通过以下方案来实现：一种悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)凹凸棒酸性预处理：将凹凸棒研磨并加入到高速分散机中，再加入蒸馏水，搅拌、分散，再加入盐酸搅拌，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，然后烘干，冷却、研磨得酸处理的凹凸棒；(2)凹凸棒介孔材料的制备：在十六烷基三甲基氯化铵溶液中加入酸性处理后的凹凸棒，用NaOH溶液调节pH＝12，搅拌超声混合物；然后再将此混合物在100～110℃下加热24～36h，冷却至室温，洗涤至中性，烘干、焙烧2～3h，冷却、研磨得凹凸棒介孔材料；(3)功能化凹凸棒介孔材料的制备：配制偶联剂1,3二巯丙基三甲氧基硅烷、水和甲醇溶液，加入硫酸溶液调节pH＝4，搅拌并加热到70～80℃，再加入丙烯酸和浓硫酸，温度调节到80～90℃，反应1～1.5h后，将温度冷却到15～30℃，然后加入凹凸棒介孔材料和乙醚，在N2的保护下搅拌，再通入H2S，用蒸馏水和无水乙醇洗涤至中性，过滤，烘干，得功能化凹凸棒介孔材料；(4)悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备：取功能化凹凸棒介孔材料加入絮凝剂聚丙烯酰胺，放于磁力搅拌器中搅拌，再将混合物投于挤塑机中，得悬浮球型凹凸棒吸附剂。所述的步骤(1)中，凹凸棒与水的固液比为1:20～1:30(g/ml)，凹凸棒与盐酸的固液比为＝1:5～1:15(g/ml)，盐酸浓度为9～12mol/L的。所述的步骤(2)中，表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与蒸馏水固液比为1:30～1:70(g/ml)；凹凸棒与表面活性剂的质量比为：1:0.5～1:1.5，NaOH溶液浓度为6mol/L。所述的步骤(3)中，偶联剂和水的固液比为：2:1～3:1(g/ml)，水和甲醇的液液比为：1:8～1:10(ml/ml)，硫酸溶液浓度为3mol/L；偶联剂与丙烯酸的固液比为：1:1.5～1:4.5(g/ml)，浓硫酸加入量占混合溶液的1％～10％；凹凸棒与偶联剂的质量之比为：1:0.4～1:2(g/g)，凹凸棒与乙醚的固液比为：1:50～1:60。所述的步骤(4)中，絮凝剂和凹凸棒质量比为1:1～1:4(g/g)。所述的步骤(4)中，挤塑机选择中间圆孔直径为1cm，球内直径为3cm的模具，温度为100～110℃。应用悬浮球型凹凸棒吸附剂处理工业废水的方法，吸附剂按固液比为1:5(g/L)投加到工业废水中处理并净化工业废水。与现有的凹凸棒吸附剂相比，本专利技术具有以下优势：(1)此吸附剂通过自组装方式制得的介孔材料具有高的比表面积，并利用低成本的丙烯酸作为中间介质将介孔材料和硅烷偶联剂相连接，扩大了介孔材料的内部孔径，也使其具有高的选择性，能定向的吸附重金属离子。(2)本材料中所利用的硅烷偶联剂含有两个巯基，与普通含一个巯基的硅烷偶联剂相比，极大的提高了凹凸棒吸附剂的吸附性能。(3)该材料做成悬浮球型，增大了其外比表面积，提高了吸附效率，处理过程中不产生二次污染，可多次回收利用，回收便利，处理成本低。附图说明图1是凹凸棒的SEM显微图；图2是功能化凹凸棒介孔材料的结构示意图；图3是制备本专利技术的悬浮球型凹凸棒吸附剂的工艺流程图。具体实施方式图3为本专利技术的工艺流程图，下面通过具体的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：(1)凹凸棒酸性预处理：将凹凸棒研磨并加入到高速分散机中，再加入蒸馏水，搅拌、分散，再加入盐酸搅拌，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，然后烘干，冷却、研磨得酸处理的凹凸棒；(2)凹凸棒介孔材料的制备：在十六烷基三甲基氯化铵溶液中加入酸性处理后的凹凸棒，用NaOH溶液调节pH＝12，搅拌超声混合物；然后再将此混合物在100～110℃下加热24～36h，冷却至室温，洗涤至中性，烘干、焙烧2～3h，冷却、研磨得凹凸棒介孔材料；(3)功能化凹凸棒介孔材料的制备：配制偶联剂1,3二巯丙基三甲氧基硅烷、水和甲醇溶液，加入硫酸溶液调节pH＝4，搅拌并加热到70～80℃，再加入丙烯酸和浓硫酸，温度调节到80～90℃，反应1～1.5h后，将温度冷却到15～30℃，然后加入凹凸棒介孔材料和乙醚，在N2的保护下搅拌，再通入H2S，用蒸馏水和无水乙醇洗涤至中性，过滤，烘干，得功能化凹凸棒介孔材料；(4)悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备：取功能化凹凸棒介孔材料加入絮凝剂聚丙烯酰胺，放于磁力搅拌器中搅拌，再将混合物投于挤塑机中，得悬浮球型凹凸棒吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)凹凸棒酸性预处理：将凹凸棒研磨并加入到高速分散机中，再加入蒸馏水，搅
拌、分散，再加入盐酸搅拌，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，然后烘干，冷却、研磨得酸处
理的凹凸棒；
(2)凹凸棒介孔材料的制备：在十六烷基三甲基氯化铵溶液中加入酸性处理后的凹
凸棒，用NaOH溶液调节pH＝12，搅拌超声混合物；然后再将此混合物在100～110℃下
加热24～36h，冷却至室温，洗涤至中性，烘干、焙烧2～3h，冷却、研磨得凹凸棒介孔
材料；
(3)功能化凹凸棒介孔材料的制备：配制偶联剂1,3二巯丙基三甲氧基硅烷、水和甲
醇溶液，加入硫酸溶液调节pH＝4，搅拌并加热到70～80℃，再加入丙烯酸和浓硫酸，温
度调节到80～90℃，反应1～1.5h后，将温度冷却到15～30℃，然后加入凹凸棒介孔材料
和乙醚，在N2的保护下搅拌，再通入H2S，用蒸馏水和无水乙醇洗涤至中性，过滤，烘干，
得功能化凹凸棒介孔材料；
(4)悬浮球型凹凸棒吸附剂的制备：取功能化凹凸棒介孔材料加入絮凝剂聚丙烯酰
胺，放于磁力搅拌器中搅拌，再将混合物投于挤塑机中，得悬浮球型凹凸棒吸附剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤(1)中，凹凸棒与水的固液比为
1:20～1:30(g\...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁辉，赵丹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12