一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及水处理制剂领域，公开了一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料及其制备方法。聚天冬氨酸膨润土复合材料由聚琥珀酰亚胺、膨润土和硅烷交联剂为原料制得；膨润土与聚琥珀酰亚胺的质量比为1:0.1‑10，硅烷交联剂的质量为聚琥珀酰亚胺质量的1‑10%；聚琥珀酰亚胺由物质的量比为1:0.9‑1.7的顺丁烯二酸和液氨制得。首先，本发明专利技术在制备聚琥珀酰亚胺的过程中以液氨为氮源，丰富了聚琥珀酰亚胺制备过程中的氮源，也提高了氮的利用效率；其次以膨润土为原料，成本低廉，性能优异，且聚天冬氨酸为环境友好型材料，可被微生物、真菌降解为氨基酸小分子，最终生成对环境无害的水和二氧化碳。

Polyaspartic acid bentonite composite material for removing heavy metal ion and preparation method thereof

The invention relates to the field of water treatment preparations, and discloses a polyaspartic bentonite composite material for removing heavy metal ions and a preparation method thereof. Polyaspartic acid bentonite composite materials by polysuccinimide, bentonite and silane crosslinking agent is prepared; bentonite and polysuccinimide mass ratio of 1:0.1 10, the quality of silane crosslinking agent for polysuccinimide quality 1 10%; polysuccinimide by the molar ratio of 1:0.9 1.7 maleic acid and ammonia prepared. First of all, using ammonia as nitrogen source in the process of the invention in the preparation of polysuccinimide, enriched the nitrogen source in the process of preparing polysuccinimide, also improve the efficiency of nitrogen utilization; followed by bentonite as raw material, low cost, excellent performance, and polyaspartic acid as environmentally friendly materials. Is microbial, fungal degradation for small molecule amino acids, eventually generate harmless to the environment of water and carbon dioxide.

【技术实现步骤摘要】
一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料及其制备方法
本专利技术涉及水处理制剂领域，尤其涉及一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着世界人口的不断增加和工农业生产的迅速发展，人类的现代化进程步伐逐渐加快，但环境污染问题却越来越严重，其中重金属污染成为最严重的环境问题之一，受到了人们的极大关注，如何处理水中的重金属离子是水处理领域的一项重要课题。目前，对于含重金属离子废水的处理主要采用化学法、离子交换法、膜分离法、生物法、吸附法等。化学法可分为中和沉淀法、硫化物沉淀法和电化学法。中和沉淀法特点是在去除重金属离子的同时能中和各种酸及其混合液，由于受到pH值及废水中氰、铵等络合离子的影响，对混合废水的出水效果不好，沉渣量大，出水硬度高，会使土壤、水体碱化；硫化物沉淀法虽然pH值范围较宽，但硫化物沉淀细小，不易沉降形成二次污染，且硫化剂本身有毒，价格昂贵，亦限制了它的应用。离子交换法通常所使用的离子交换树脂虽然其具有选择性好、吸附容量大、快速等优点，但其价格昂贵，目前仍然停留在试验阶段。膜分离技术对含重金属离子废水有较好的处理效果及无二次污染等优点，但是其处理价格比较昂贵，亦限制了该工艺的广泛应用；生物法在应用上具有较多优点，如综合处理能力较强，处理方法简便等，然而生物处理法存在着功能菌繁殖速度和反应速率慢，处理水难以回用的缺点。因此，吸附法由于具有吸附工艺简便、环境友好等特点，已成为近年来水处理研究的重点之一。申请号为201310731560.X的中国专利公开了一种多功能污水处理剂，所述多功能污水处理剂，包括以下重量份的原料：海泡石粉10-20份、膨润土30-40份、淀粉黄原酸酯30-40份、氢氧化钠片碱0.1-0.5份、聚天冬氨酸1-5份、氨基三甲叉膦酸0.1-0.5份、交联累托石25-50份、聚合氯化铝20-50份、壳聚糖5-30份、去离子水10-30份。该专利技术纯度高、无杂质、无粉尘，水溶液清澈透明，无毒性，对操作工人无影响，处理后水无二次污染等问题。该专利技术中，含有膨润土和聚天冬氨酸。其中，膨润土是我国一种资源丰富的矿物黏土，具有独特的层状结构和很强的吸附性能，可以去除水中的重金属离子，但其由于结构单一，层间距有限，直接用于水处理效果不够理想，需要对其进行改性来进一步提高它的物理和化学性能，从而达到净化水质的目的，并使其广泛应用于工业、农业和卫生等领域。而聚天冬氨酸作为一种无毒、可生物降解的环保型产品，其结构单元中含有羧基，在水溶液中极易电离为带负电的羧基负离子，可以和多种金属离子发生络合作用，但其官能团较单一使其提取重金属离子的能力有限，从而限制了它的应用。上述专利技术的多功能污水处理剂中只是将各种组分进行了简答的物理组合，并不能从根本上解决膨润土和聚天冬氨酸各自存在的缺陷，导致在净化水质时，对重金属的吸附能力有限。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料及其制备方法。本专利技术的目的在于使聚天冬氨酸和膨润土进行结合形成复合材料，有效提高聚天冬氨酸/膨润土复合材料的物理和化学性能以及对重金属离子的结合能力。首先本方法在制备聚琥珀酰亚胺的过程中以液氨为氮源，不仅丰富了聚琥珀酰亚胺制备过程中的氮源，也提高了氮的利用效率，其次以膨润土为原料，成本低廉，性能优异，且聚天冬氨酸为环境友好型材料，可被微生物、真菌降解为氨基酸小分子，最终生成对环境无害的水和二氧化碳，因此，研究这种复合材料对水处理领域具有重要的特殊意义。本专利技术的具体技术方案为：一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料，由聚琥珀酰亚胺、膨润土和硅烷交联剂为原料制得；所述膨润土与聚琥珀酰亚胺的质量比为1:0.1-10，硅烷交联剂的质量为聚琥珀酰亚胺质量的1-10%；其中聚琥珀酰亚胺由物质的量比为1:0.9-1.7的顺丁烯二酸和液氨制得。一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将顺丁烯二酸酐和其质量5-20倍的去离子水混合，倒入反应釜中，在密闭条件下升温到55-65℃，搅拌25-35min，转速为500-2000r/min，使顺丁烯二酸酐水解得到顺丁烯二酸溶液。（2）向反应釜中通入液氨，温度为18-22℃，压力为101000-102000Pa，流速为40-100mL/min，通液氨时间10-120min，继续升高反应釜温度到70-90℃，并控制反应釜内的压力，搅拌反应100-140min，转速为500-2000r/min，然后在75-85℃下烘干，得到顺丁烯二酸铵盐固体并备用。本过程中，反应温度应控制在70-90℃内，温度过低，溶液容易发生结晶，整个过程很难进行，温度过高，反应剧烈，使产物分子量降低，影响产品质量。（3）将顺丁烯二酸铵盐固体放入马弗炉中，经焙烧后得到聚琥珀酰亚胺，研磨得到聚琥珀酰亚胺粉末备用。（4）量取硅烷交联剂，加入到无水乙醇和去离子水体积比为1:1的混合溶液中，形成分散液并备用。（5）将膨润土过80-200目筛，去除杂质，加入到上述分散液中，在室温下搅拌均匀，搅拌速率为500-1000r/min，搅拌时间0.5-1h，然后升温到55-65℃，回流反应4.5-5.5h。（6）将步骤（5）制得的混合溶液离心，转速为4500-5500r/min，离心4-6min，取固体并用无水乙醇洗净，在55-65℃下烘干，研磨，过80-200目筛，得到氨基改性膨润土。（7）将聚琥珀酰亚胺粉末与其重量10-20倍的N,N-二甲基甲酰胺溶液混合，采用超声技术超声处理10-20min，使聚琥珀酰亚胺溶解并备用。（8）将氨基改性膨润土分批加入到上述聚琥珀酰亚胺溶液中，超声25-35min使其分散均匀，然后在30-40℃条件下反应，搅拌反应3.5-4.5h，搅拌速率为500-1000r/min。（9）反应完毕后，用溶液体积1-3倍的无水乙醇沉析，离心，洗涤至中性，转速为4500-5500r/min，离心时间4-6min，然后在55-65℃下烘干，研磨，过80-200目筛备用。（10）将步骤（9）制得固体分散到体积比为1:1的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，以4-6mL/min的速率滴加1.5-2.5mol/L的NaOH溶液对其水解，直到溶液的pH值为8.5-9.5左右，对反应后的产物用无水乙醇和去离子水洗涤数次，离心，转速为7000-9000r/min，离心4-6min，得到固体复合材料，然后在40-80℃下烘干研磨，过80-200目筛，得到聚天冬氨酸膨润土纳米复合材料。在本步骤中，氢氧化钠溶液的用量要适中，调节溶液的pH值最佳为9.0，氢氧化钠用量过小，反应不完全，反应速度慢，用量过大，反应剧烈使产物分子量降低。作为优选，步骤（2）中，通液氨的量为顺丁烯二酸和液氨的物质的量比为1:0.9-1.7。作为优选，步骤（2）中，反应釜内的反应压力控制在1MPa-5MPa，所通气体可以是氮气、二氧化碳、空气或其他惰性气体中的一种。作为优选，步骤（3）中，所述焙烧温度为170-230℃，焙烧时间为2-8h。进一步优选为，焙烧时间为3-4h。作为优选，步骤（4）中，所述硅烷交联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料，其特征在于：由聚琥珀酰亚胺、膨润土和硅烷交联剂为原料制得；所述膨润土与聚琥珀酰亚胺的质量比为1:0.1‑10，硅烷交联剂的质量为聚琥珀酰亚胺质量的1‑10%；其中聚琥珀酰亚胺由物质的量比为1:0.9‑1.7的顺丁烯二酸和液氨制得。

【技术特征摘要】
1.一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料，其特征在于：由聚琥珀酰亚胺、膨润土和硅烷交联剂为原料制得；所述膨润土与聚琥珀酰亚胺的质量比为1:0.1-10，硅烷交联剂的质量为聚琥珀酰亚胺质量的1-10%；其中聚琥珀酰亚胺由物质的量比为1:0.9-1.7的顺丁烯二酸和液氨制得。2.一种用于去除重金属离子的聚天冬氨酸膨润土复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将顺丁烯二酸酐和其质量5-20倍的去离子水混合，倒入反应釜中，在密闭条件下升温到55-65℃，搅拌25-35min，转速为500-2000r/min，使顺丁烯二酸酐水解得到顺丁烯二酸溶液；（2）向反应釜中通入液氨，温度为18-22℃，压力为101000-102000Pa，流速为40-100mL/min，通液氨时间10-120min，继续升高反应釜温度到70-90℃，并控制反应釜内的压力，搅拌反应100-140min，转速为500-2000r/min，然后在75-85℃下烘干，得到顺丁烯二酸铵盐固体并备用；（3）将顺丁烯二酸铵盐固体放入马弗炉中，经焙烧后得到聚琥珀酰亚胺，研磨得到聚琥珀酰亚胺粉末备用；（4）量取硅烷交联剂，加入到无水乙醇和去离子水体积比为1:1的混合溶液中，形成分散液并备用；（5）将膨润土过80-200目筛，去除杂质，加入到上述分散液中，在室温下搅拌均匀，搅拌速率为500-1000r/min，搅拌时间0.5-1h，然后升温到55-65℃，回流反应4.5-5.5h；（6）将步骤（5）制得的混合溶液离心，转速为4500-5500r/min，离心4-6min，取固体并用无水乙醇洗净，在55-65℃下烘干，研磨，过80-200目筛，得到氨基改性膨润土；（7）将聚琥珀酰亚胺粉末与其重量10-20倍的N,N-二甲基甲酰胺溶液混合，采用超声技术超声处理10-20min，使聚琥珀酰亚胺溶解并备用；（8）将氨基改性膨润土分批加入到上述聚琥珀酰亚胺溶液中，超声25-35min使其分散均匀，然后在30-40℃条件下反应，搅拌反应3.5-4.5h，搅拌速率为500-1000r/min；（9）反应完毕后，用溶液体积1-3倍的无水乙醇沉析，离心，洗涤至中性，转...

【专利技术属性】
技术研发人员：童东绅，陈焕新，吾石华，胡军，
申请(专利权)人：浙江江山化工股份有限公司，浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33