一种骨架改性海泡石及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种骨架改性海泡石及其制备方法和在阻隔土壤重金属离子中的应用。包括以下步骤：海泡石通过无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，然后在强碱性条件下用三价铝盐水热改性；获得骨架改性海泡石，其结构式为Mg(8‑1.5x)AlxSi(12‑0.75y)AlyO30(OH)4(H2O)2·zSiO2(H2O)2，x的取值不超过5，y的取值不超过6，z不大于0.75y。化学计量数x和y可以调节，改性海泡石通过调节骨架掺杂原子的化学计量比调节表面吸附活性硅酸的分子数和溶液中游离硅酸分子数，提高吸附性能的同时，为作物提供活性硅源。本发明专利技术制备的骨架改性海泡石能够有效阻隔土壤中的重金属离子进入食物链，应用前景广阔。

Skeleton modified sepiolite and preparation method thereof and application in obstructing soil heavy metal ion

The invention discloses a framework modified sepiolite and a preparation method thereof and application in blocking soil heavy metal ions. Includes the following steps: single fiber sepiolite Sepiolite by inorganic acid solution acidification after dissociation and thermal modification of trivalent aluminum salt in strong alkaline conditions; obtain the modified sepiolite skeleton, its structure type is Mg

【技术实现步骤摘要】
一种骨架改性海泡石及其制备方法和在阻隔土壤重金属离子中的应用
本专利技术属于海泡石改性及其应用
，具体涉及一种骨架改性海泡石及其制备方法和在阻隔土壤重金属离子进入稻米中的应用。
技术介绍
海泡石是一种天然的多孔矿物纤维，通过解离和骨架置换后，可以获得纳米结构的硅纤维骨架，且有一部分产生脱落成为单分子硅酸或小分子聚合硅酸，这些硅酸在一定的条件下可以通过植物导管或叶、茎表面的气孔进入植物体内，固定植物体内通过水迁移而携带的重金属离子，从而将重金属离子固定在作物的茎和叶部分，而阻止重金属离子进入果实，达到阻隔重金属离子进入人体食物链中。本专利技术采用天然海泡石(Mg8Si12O30(OH)4(H2O)2)为原料，通过酸性溶液将海泡石解离成纳米纤维，在强碱性条件下将客体铝离子同时插入到硅骨架结构和替代平衡离子，形成杂化骨架结构，骨架改性后得到改性海泡石结构式为Mg(8-1.5x)AlxSi(12-0.75y)AlyO30(OH)4(H2O)2·zSiO2(H2O)2，化学计量数x和y可以调节，改性海泡石通过调节骨架掺杂原子的化学计量比调节表面吸附活性硅酸的分子数和溶液中游离硅酸分子数。土壤中重金属离子来源复杂，迁移方法和迁移源具有多样性，包括了水迁移、气相迁移和渣相迁移，这些污染源的多样性给耕地重金属离子的防治带来了极端的困难。目前土壤修复的处理方法包括生物法、吸附法、淋洗法以及表层污染土置换，这些方法均有不足，如生物法和吸附法处理后的含重金属离子的吸附渣的堆存困难，容易产生二次污染；淋洗法的工程量大，且含重金属离子的废水处理困难；表层污染土的置换也是工程量大，而且需要海量的非污染土源；更重要的是这些自理方法并不能从根本上治理土壤重金属离子污染，而且后面几种处理方法会导致土壤中有机质流失，减少土壤肥效。耕地重金属离子污染和迁移是粮食总金属离子超标的主要原因之一，对我国粮食安全造成了严重威胁。本专利技术公开了一种用于粮食重金属离子阻隔的含单硅酸的改性海泡石及其制备方法能够有效解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种骨架改性海泡石及其制备方法和在阻隔土壤重金属离子中的应用。本专利技术的骨架改性海泡石的制备方法，包括以下步骤：海泡石通过无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，然后用三价铝盐水热改性；处理完成后过滤分离干燥，获得骨架改性海泡石，其结构式为Mg(8-1.5x)AlxSi(12-0.75y)AlyO30(OH)4(H2O)2·zSiO2(H2O)2，x的取值不超过5，y的取值不超过6，z不大于0.75y。所述的骨架改性海泡石的制备方法，水热改性得到的骨架改性海泡石溶液(未过滤分离干燥前)中游离硅酸总量为0.75y-z，单位为摩尔。游离硅酸包括单硅酸、二硅酸、多硅酸。所述的骨架改性海泡石的制备方法，海泡石纤维通过pH值1.0-5.0的无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，纤维直径为10～30nm，纤维长度小于10μm。所述的骨架改性海泡石的制备方法，三价铝盐包括氯化物、硫酸盐、硝酸盐、铝酸盐中的一种或几种。所述的骨架改性海泡石的制备方法，水热改性时三价铝盐添加量占海泡石质量的0.1～30％，优选5～25％。所述的骨架改性海泡石的制备方法，水热改性温度100℃～200℃，优选120～160℃，反应时间：1～24h，优选反应时间：3～6h。所述的骨架改性海泡石的制备方法，水热改性调整溶液氢氧根离子浓度至0.01mol/L～3.0mol/L，优选氢氧根离子浓度0.1～1.5mol/L。碱性调节可用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或氨水等可溶性碱进行调控。所述的骨架改性海泡石的制备方法，水热改性固液质量体积比：1:1～1:20g/mL，搅拌速度：100rpm～1000rpm，优选固液质量体积比1:5～1:10g/mL，优选搅拌速度300～600rpm。一种骨架改性海泡石，是由上述的方法制备得到的。所述的骨架改性海泡石的应用，加工成粉体的改性海泡石与种植粮食作物的土壤混合；或者将改性海泡石溶液(水热改性后，未过滤分离干燥前得到)调至碱性，在粮食作物的分蘖期和孕穗期噴施于种植作物的茎叶上。噴施液体调控pH8～10.0，pH调节剂为石灰、纯碱或氨，改性海泡石在溶液中的浓度按SiO2的质量计为千分之二。本专利技术通过选用合适的三价铝盐(尤其优选氯盐)、以及水热反应，采用天然海泡石(Mg8Si12O30(OH)4(H2O)2)为原料，在强碱性条件下将客体三价离子同时插入到硅骨架结构和替代平衡Mg2+离子，形成杂化骨架结构，骨架改性后得到改性海泡石结构式为Mg(8-1.5x)AlxSi(12-0.75y)AlyO30(OH)4(H2O)2·zSiO2(H2O)2，化学计量数x和y可以调节，改性海泡石通过调节骨架掺杂原子的化学计量比调节表面吸附活性硅酸的分子数和溶液中游离硅酸分子数，为作物提供活性硅源。获得的骨架改性海泡石单纤维粉体在pH9.0时，表面动电位-30～-48mv。本专利技术制备的骨架改性海泡石能够有效阻隔土壤中的重金属，应用前景广阔。附图说明图1：Al骨架改性海泡石的29SiNMR核磁共振谱；1-与四面体铝相连接的硅核磁谱，2—Q2结构硅核磁谱；图2：实施例2改性海泡石溶液中的29SiNMR核磁共振谱。具体实施方式以下结合实施例旨在进一步说明本专利技术，而非限制本专利技术。实施例1:将无机酸解离后的海泡石单纤维粉体10g与100ml去离子水混合制浆，按海泡石：氧化铝为100:10的质量比例加入AlCl3，调整溶液氢氧根离子浓度至0.1mol/L，反应体系转移至压力釜，400rpm搅拌，140℃反应2h，冷却后分离干燥得到铝改性海泡石粉体，其分子式为(Mg6.75Al0.83)(Si10.82Al1.57)O30(OH)4(H2O)2·SiO2(H2O)2，改性海泡石中的Al含有四面体和八面体两种结构，29SiNMR如图1所示，硅谱表明含有Q2结构的硅，为线型结构连接，容易从海泡石结构中脱落形成可吸收活性硅。粉体在pH9.0时表面电位-40mV，将该粉体与石灰混合保持SiO2含量大于40％，按每亩100Kg施于含有效镉0.15mg/Kg的水稻土中，7天两次翻耕，再按正常施肥，采用ICP-MS测定施用本专利技术改性海泡石和没施用的稻米中镉含量分别为0.31mg/Kg和0.18mg/Kg，稻米中镉降低41.9％，具有显著性差异。实施例2:将无机酸解离后的海泡石单纤维粉体10g与100ml去离子水混合制浆，按海泡石：氧化铝为100:10的质量比例加入AlCl3，调整溶液氢氧根离子浓度至0.5mol/L，反应体系转移至压力釜，400rpm搅拌，140℃反应2h，冷却后得到铝改性海泡石溶液，其分子式为(Mg7.1Al0.6)(Si10.65Al1.8)O30(OH)4(H2O)2·SiO2(H2O)2，改性海泡石中的Al含有四面体和八面体两种结构，29SiNMR核磁谱如图1所示，溶液中的29SiNMR核磁谱如图2所示，核磁共振谱表明溶液中含有单硅酸、二聚体、多聚体和海泡石硅结构。溶液中分散的固体颗粒在pH9.0时表面电位-44mV，将该溶液稀释至SiO2含量为千分之二，试验土壤中含有效镉0.15mg/Kg，按每亩30gSiO2的二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种骨架改性海泡石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：海泡石通过无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，然后用三价铝盐水热改性；处理完成后过滤分离干燥，获得骨架改性海泡石，其结构式为Mg

【技术特征摘要】
1.一种骨架改性海泡石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：海泡石通过无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，然后用三价铝盐水热改性；处理完成后过滤分离干燥，获得骨架改性海泡石，其结构式为Mg(8-1.5x)AlxSi(12-0.75y)AlyO30(OH)4(H2O)2·zSiO2(H2O)2，x的取值不超过5，y的取值不超过6，z不大于0.75y。2.根据权利要求1所述的骨架改性海泡石的制备方法，其特征在于，水热改性得到的骨架改性海泡石溶液中游离硅酸总量为0.75y-z，单位为摩尔；游离硅酸包括单硅酸、二硅酸和多硅酸。3.根据权利要求1所述的骨架改性海泡石的制备方法，其特征在于，海泡石纤维通过pH值1.0-5.0的无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，纤维直径为10～30nm，纤维长度小于10μm。4.根据权利要求1所述的骨架改性海泡石的制备方法，其特征在于，三价铝盐包括氯化物、硫酸盐、硝酸盐、铝酸盐中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的骨架改性海泡石的制备方法，其特征在于，水...

【专利技术属性】
技术研发人员：金胜明，郭玉蛟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43