一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，该材料由下述重量百分比的原料制备而成：苯胺单体插层有机化膨润土10—20％，蒸馏水60—80％，氢氧化钠9—15％，引发剂0.02％—0.06％，乳化剂0.3％—0.5％。本发明专利技术还提供了一种制造聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料的方法，通过特定的配方设计和工艺参数选择，制备合成出一种成本低廉、有良好的兼容性、环境友好、易于固液分离和纳米尺寸效应的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，该吸附材料具有较大的比表面积、较小的纳米尺度和具有协同吸附污水中金属离子与有机物双污染成分的功能特性。

Polyaniline modified bentonite nano microsphere adsorption material and preparation method thereof

The invention discloses a polyaniline modified bentonite nanoparticles adsorption material, the material by the weight percentage of raw materials prepared by aniline monomer intercalation of organic bentonite is 10 - 20%, 60 - 80% sodium hydroxide and distilled water, 9 - 15%, 0.02% - 0.06% initiator, emulsifier 0.3% - 0.5%. The invention also provides a method of manufacturing a polyaniline modified bentonite nanoparticles adsorption material, through the design of formula and the specific process parameters selection, preparation of synthesis of a kind of low cost, good compatibility, environmental friendly, easy solid-liquid separation and nano size effect of polyaniline modified bentonite nanoparticles adsorption the material, the adsorption material has larger surface area and smaller functional properties of nanometer scale and synergistic adsorption of metal ions and organic waste water double pollution composition.

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料及其制备方法
本专利技术涉及一种新型膨润土吸附材料及其制备工艺，特别是一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料及其制备方法。
技术介绍
吸附是脱除污染水体中可溶性重金属离子和有机物的通用方法，该法是通过吸附材料来实现。当前，常用的无机吸附材料主要有活性炭和粘土矿。活性炭材料因其具有良好的孔态分布和巨大的比表面积，已被广泛应用于特种污水或含有难于用一般方法处理的有毒有机物的污水处理中，但改吸附材料在使用中存在两种局限性：一是成本过高，即升高了水处理污染的成本；二是其对水体中重金属离子的除效率较低。这两个缺点限制了活性炭材料的在污水处理领域的应用与推广。粘土类矿物贮量大、低廉环保并兼具优良的吸附性能而备受关注，已成为近年来研究与应用的优选材料之一，特别是该类材料的具有较多的改性功能，可根据不同的吸附处理对象进行针对性改性，使其具有更加优良的吸附性能。主要的粘土矿物有膨润土、高岭石、沸石和硅藻土等。其中研究最广、最为大家青睐且有望市场化应的当属膨润土矿物材料。如中国专利ZL200410018109所述的一种有机-无机符合膨润土废水处理材料的制备方法。在膨润土层间与表面形成羟基金属，有效的吸附了磷酸根与有机物，并提高了固液分离能力。如美国专利US6093241所述的一种从废水中除油的颗粒状有机粘土混合物，配方涉及海泡石、绿坡石、四元化合物及水泥胶黏剂等，该吸附材料具有高温稳定性的特质。膨润土矿物材料经提纯与改性后是一种具有高活性和高吸附性能的优质吸附材料，其在污水处理工业中具有广泛的应用价值和应用前景。但是，该材料在改性研究和应用推广中主要存在如下问题：1)固-液分离困难。由相关研究可知，膨润土的颗粒粒径越小，比表面积和表面张力越大，其水处理吸附效率越高；但是颗粒粒径越小，颗粒在液体中的沉降速率越慢，其颗粒的相对溶胀性越大(10％左右)，两者均加大了沉降、浓缩和脱水等工艺的成本。现在解决该问题的办法主要有两种，一是向固-液体系中加入絮凝剂；二是提高过滤压力，前者引入了二次污染物，后者提高了投资成本。2)深加工研究不足。当前，大多研究者集中于表面改性剂对膨润土处理不同污水时的吸附效果及行业等方面的研究，所用的膨润土原料均为传统的粉状颗粒，没有结合原料深加工与膨润土改性两者相关性的研究。3)引入二次污染。由于膨润土吸附材料吸水膨胀后，其呈絮凝态，材料强度极低，在搅拌和脱失工艺中将会破裂，裂化的膨润土粒度下，沉降极其缓慢，在水处理中，不得不采用絮凝剂去除这些颗粒；无论是有机絮凝剂，还是无机絮凝剂均会溶解在水体当中，这样，造成水处理成本的上升，并引入了二次污染。4)吸附兼容性差。吸附材料处理水体中的污染物大致可分为两类，即金属离子和有害有机物。金属离子和有害有机物各自种类繁多，具相关报道，采用膨润土改性吸附金属离子或有害有机物时，有一种改性及改性的膨润土仅能有效吸附水中的1～2种有害物质，所以，针对受多种有害物质污染的水体，将使用多种被改性后的膨润土，这样，造成了水处理工艺的复杂化，提高了成本；这也是膨润土一直未曾取代活性炭用于水体治理的原因之一。
技术实现思路
针对膨润土吸附材料在污水吸附研究与应用中存在的科技问题，本专利技术的目的是制备一种新型污水吸附材料，本专利技术通过特定的配方设计和工艺参数选择，制备合成出一种成本低廉、有良好的兼容性、环境友好、易于固液分离和纳米尺寸效应的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，该吸附材料具有较大的比表面积、较小的纳米尺度和具有协同吸附污水中金属离子与有机物双污染成分的功能特性。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的。一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，该材料由下述重量百分比的原料制备而成：苯胺单体插层有机化膨润土10—20％；蒸馏水60—80％；引发剂0.02％—0.06％；氢氧化钠9—15％；乳化剂0.3％—0.5％。进一步的，所述材料中：所述引发剂为三氯化铁。所述乳化剂为Span60。进一步的，所述苯胺单体插层有机化膨润土由下述重量百分比的原料制备而成：膨润土10—20％；苯胺3％—8％；蒸馏水60—75％；氢氧化钠9—15％；表面活性剂0.01％—0.06％。进一步的，所述材料中：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。相应地，本专利技术还给出了一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料的制备方法，包括下述两个步骤：第一步、膨润土的有机化及苯胺单体插层制备：选取重量百分比为10—20％的膨润土，60—75％的蒸馏水，9—15％的氢氧化钠，0.01—0.06％的表面活性剂，于容器中混合；在40—50℃水浴中热搅拌1—2h，使膨润土有机化制得有机化膨润土，然后继续滴加3—8％的苯胺，于容器中混合；在60—70℃水浴中热搅拌2—4h，制备得苯胺单体插层有机化膨润土。第二步、聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料的制备；选取重量百分比为10—20％的步骤一制取的苯胺单体插层有机化膨润土，60—80％的蒸馏水，0.02—0.06％的引发剂，0.3—0.5％的乳化剂，9—15％的氢氧化钠，于容器中混合；在70—80℃水浴中热搅拌2—4h，然后离心洗涤、真空抽提后，制备得聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料。本专利技术相对于现有的膨润土复合材料的制备工艺、配方设计和应用推广等具有下述有益效果：1)、协同兼容吸附聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料充分利用了膨润土的亲水性能和聚苯胺的亲油性能，使其同时吸收水中的有机物和金属离子，达到协同兼容吸附的效果。2)、纳米化设计采用“乳液聚合发”制备的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，微球中位直径≤80nm；球内包覆直径≤10nm的多颗膨润土纳米颗粒。3)、吸附剂快速分离由于膨润土的吸水膨胀性，使其在污水处理后将其从母液中分离出来非常困难，该固-液分离科技难题是一直以来阻碍膨润土及其改性材料推广使用的主要因素。本专利技术采用苯胺包覆膨润土制备核壳结构设计的材料制备手段，使膨润土在吸附过程中，受到外壳聚苯胺的限制，不发生漂移，不会封堵无数颗聚苯胺修饰膨润土纳米微球之间的液体流经通道，从而提高了过滤效率。4)、较大的吸附比表面积通过工艺设计，使得聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料具有巨大的比表面积，比表面积来源于两方面，一是聚苯胺包覆层微多孔结构，其平均孔径≤2nm；二是聚苯胺包覆层内部存在大量的平均粒径≤10nm的膨润土纳米颗粒；这使得聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料具有巨大的比表面积。附图说明图1是本专利技术膨润土有机化及苯胺单体插层工艺流程图；图2是本专利技术聚苯胺修饰膨润土纳米微球的制备流程图；图3是本专利技术聚苯胺修饰膨润土纳米微球的扫描投射显微镜(TEM)图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料及其制备方法做出详细说明。第一步、本专利技术膨润土有机化及苯胺单体插层制备。1)原料选取膨润土(工业品)，表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(分析纯)，氢氧化钠(分析纯)，苯胺(分析纯)，蒸馏水(分析纯)。2)制备工艺选取一定量的膨润土，加入蒸馏水，搅拌的悬浮液，在悬浮液中添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，于容器中混合；在一定温度的水浴中热搅拌一段时间，使膨润土进行充分的有机化。然后，继续滴加一定浓度的苯胺溶液，于容器中混合，继续在水浴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，其特征在于，该材料由下述重量百分比的原料制备而成：

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，其特征在于，该材料由下述重量百分比的原料制备而成：2.根据权利要求1所述的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，其特征在于，所述引发剂为三氯化铁。3.根据权利要求1所述的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，其特征在于，所述乳化剂为Span60。4.根据权利要求1所述的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，其特征在于，所述苯胺单体插层有机化膨润土由下述重量百分比的原料制备而成：5.根据权利要求4所述的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，其特征在于，所述膨润土的主要成分为蒙脱石。6.根据权利要求4所述的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。7.一种基于权利要求1所述的聚苯胺修饰膨润土纳米微球吸附材料的制备方法，其特征在于，该方法包括下述两个步骤：第一步、膨润土的有机化及苯胺单体插层制备：选取重量百分比为10—20％的膨润土，60—75％的蒸馏水，9—15％的氢氧化钠，0.01％—％0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭龙贵，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61