一种有机‑无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机‑无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料，属于空气净化领域。以钠基蒙脱土为主体材料，通过羟基金属柱撑后，可溶性糖提供碳源，在水热条件下，合成有机‑无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料。采用本发明专利技术得到的有机‑无机改性的碳/蒙脱土复合材料无毒、无腐蚀、环保且制备成本低，既具有无机柱撑蒙脱土多孔、高比表面积的特征，又具有有机蒙脱土碳含量高的特点，因而对挥发性有机废气具有优异的吸附性能，对甲苯的吸附量最高可达到39.8mg/g，有潜力替代其他空气净化吸附剂。

A organic inorganic modified carbon / montmorillonite composite adsorbent preparation method

The invention discloses a organic inorganic modified carbon / montmorillonite composite adsorption material, belonging to the field of air purification. With sodium montmorillonite as the main material, the hydroxy metal pillared, provide carbon source of soluble sugar, under hydrothermal conditions, the synthesis of organic inorganic modified carbon / montmorillonite composite adsorption material. The modified carbon / montmorillonite composite material is non-toxic, non corrosive, environmentally friendly and low preparation cost by organic inorganic obtained by the invention, not only has the characteristics of high specific surface area of inorganic pillared porous montmorillonite, organic montmorillonite, and has the characteristics of high carbon content, so it has excellent adsorption properties of volatile organic exhaust gas, adsorption capacity of toluene can reach a maximum of 39.8mg/g, has the potential to replace other air purifying agent.

【技术实现步骤摘要】
一种有机-无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法
本专利技术涉及一种改性蒙脱土吸附材料，尤其涉及一种无机聚合羟基金属阳离子，可溶性糖为改性剂进行有机-无机改性的吸附材料的制备，属于复合材料领域及空气净化处理领域。
技术介绍
挥发性芳香族化合物是一种被广泛使用的化工产品，但在生产、使用以及处理过程中，可以通过多种途径进入环境，对大气、水体和土壤造成污染，如苯、甲苯、二甲苯等，这些化合物中，有些毒性大，会引起呼吸道疾病、慢性肺病，甚至具有致癌、致畸等危害。研究表明，甲苯、乙苯和二甲苯能够损害中枢神经系统，而甲苯还具有血液和遗传生殖毒性，并对人体肾或肝脏造成损害。由于经济发展造成的环境污染问题日益引起社会的重视，基于此，如何有效地去除污染环境的芳香族有机废气逐渐成为研究的重点。目前去除气体中芳香族有机污染物的主要技术有：燃烧法、冷凝法、吸收法、吸附法、催化法、生物降解以及低温等离子体技术等，而吸附法因其具有去除率高、净化彻底、能耗低、易于推广实用等优点，而被广泛使用，而活性炭作为被广泛使用的吸附剂存在价格高、再生性能差等不足。蒙脱土因价格低廉、储量丰富、吸附量大、环境友好等优点，逐渐受到广泛关注和研究。蒙脱土具有二维空间结构、层间阳离子交换作用、比表面积大等特性，且层间结构可控、可以改变表面官能团。通过对蒙脱土进行适当的改性，可显著提高吸附性能，使其在空气净化领域中具有很好的应用前景。但目前所研究的改性方法较单一，大多是使用一种或多种聚羟基金属阳离子和阳离子表面活性剂改性。无机蒙脱土虽然可以增大蒙脱土层间距离，但金属羟基聚合阳离子具有很强的亲水性，对吸附芳香族有机污染物有强的限制；而常用的有机改性剂，如季铵盐表面活性剂、高分子乳液等，难以被自然分解，同时生产成本相对较高，限制了其广泛应用。所以，制备高效、廉价、无毒、易降解的蒙脱土复合材料势在必行。活性炭因其大的比表面积以及丰富的官能团，表现出优异的吸附性能，但因其价格较高，而限制其在空气净化领域的应用。可溶性糖在自然界分布最广泛，含碳量高，常作为活性炭前驱物。且分子小，可以吸附到蒙脱土，与蒙脱土均匀混合，经处理后使碳均匀分布在蒙脱土表面，将显著提升蒙脱土吸附性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种有机-无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，以制备出廉价、无毒、易降解且对有机废气具有高吸附性能的复合材料。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的有机-无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，具体是：首先，将钠基蒙脱土加入到无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂中，室温下300r/min，搅拌12～36h，离心得到固状物用去离子水反复洗涤至无Cl-时为止，得滤饼；其次，将滤饼在80℃下干燥24h后研磨，将得到的粉末与可溶性糖混合溶于水中，并将该混合溶液进行水热反应；最后，将水热产物冷却后离心洗涤分离，并将离心后的产物在N2保护下焙烧，得到有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料粉体。所述无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂由以下方法制成：室温下向0.2～1.6mol/L的碱性溶液中加入0.04～0.1mol的AlCl3，使得溶液中OH-与Al3+的摩尔比为2：1～3：1；然后搅拌12～36h。所述无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂中蒙脱土的加入量为4～10mmol/g。所述可溶性糖的加入量为1～3g/g蒙脱土。所述可溶性糖为葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖中的一种。所述水热反应的温度为120～240℃、时间为12～36h。所述N2保护下的焙烧温度为400～700℃，升温速率为3～10℃/min，焙烧时间为2～8h。上述方法中，在室温、300r/min下进行搅拌。本专利技术制备的有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料用于空气净化领域。对本专利技术所述材料进行吸附性能测试时，整个吸附系统由甲苯发生器、气体流量控制系统、吸附床等组成。取1g样品装入吸附装入吸附床层，以空气为载气，分为2路，一路进入甲苯发生器，一路为稀释气，通过调节两路气体流量控制进入吸附剂的甲苯浓度为1000ppm，流量为100ml/min，经吸附剂吸附后气体中含甲苯浓度使用气相色谱在线分析。吸附量通过吸附曲线计算得出，计算公式如下：其中，q为单位质量吸附剂对甲苯的平衡吸附量，g/g；F为气体总流速，ml/min；Ci为吸附imin后出口甲苯的浓度，mg/m3；C0为入口甲苯浓度，mg/m3；W为吸附剂的填装量，g；t为吸附时间，min；ts为吸附平衡时间，min。本专利技术与现有技术相比具有以下主要优点：采用本专利技术得到的有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料无毒、无腐蚀、环保且制备成本低，在无机柱撑后得到多孔、高比表面积的蒙脱土，再加入可溶性糖后引入更多碳，从而提高对挥发性有机废气的吸附性能，对甲苯的吸附量由8.3mg/g最高可提高到39.8mg/g，有潜力替代其他空气净化吸附剂。本专利技术的创新点：目前有机废气的吸附材料主要为活性炭，活性炭存在价格高以及热稳定性差等不足，本专利技术主要是合成一种新型的无毒、无腐蚀、环保且制备成本低的复合材料。目前针对提高蒙脱土吸附性能的研究，主要集中在无机柱撑改性，或使用表面活性剂等改性，但效果都不是很理想，本专利技术主在无机柱撑改性后，提高蒙脱土的比表面积以及增加孔道的基础上，通过加入可溶性糖引入更多的碳，从而提高吸附性能。附图说明图1为蒙脱土及改性蒙脱土的XRD图谱。图2为蒙脱土及改性蒙脱土的对甲苯的吸附穿透曲线。下面对本专利技术所述有机-无机改性碳/蒙脱土复合材料的表征和吸附性能测试的方法进行说明。通过X射线衍射(XRD),气相色谱对碳/蒙脱土复合材料吸附甲苯性能测试，对本专利技术所制备复合材料的结构和吸附性能进行分析说明。图1给出了蒙脱土原土(Mt)、无机改性蒙脱土(Mt-Al)、无机改性和有机-无机改性蒙脱土(Mt-Al-C)的XRD图谱。由图1可以看出，蒙脱土经过改性后，其层间结构发生了变化。由原蒙脱土的层间距d001为1.254nm，经过无机柱撑改性后，其层间距d001增大为1.748nm。而再经过有机改性后，由于碳的引入，其层间距d001变为1.367nm，说明碳成功附着在无机改性后的蒙脱土上。由此可见，经过有机-无机改性成功制备出碳/蒙脱土复合材料。图2蒙脱土原土、无机改性和有机-无机改性蒙脱土的吸附穿透曲线图。由图可以看出原蒙脱土吸附甲苯保留时间(完全吸附)为0min，吸附量为8.3mg/g。经过无机改性后，其层间结构发生了变化，使吸附保留时间增大为7min，吸附量为20.7mg/g。而经过有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料，吸附保留时间增大为59.5min，吸附量为36.6mg/g，有了显著提高。说明经过有机-无机改性后，蒙脱土的结构和性能发生了显著变化。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，这些实施例仅是对本专利技术较佳实施方式的描述，但并不限定以下所述的内容。实施例1(1)无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂的制备在室温下，称量0.05mol的AlCl3加入到0.6mol/L的NaOH溶液中，使得混合溶液中OH-与Al3+的摩尔比为1：2.6；均匀混合后在室温下搅拌24h。(2)无机改性蒙脱土吸附材料的制备称取10g蒙脱土，加入到上述柱撑剂溶液中(其中无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂用量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机‑无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，其特征是：首先，将钠基蒙脱土加入到无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂中，室温下300r/min，搅拌12～36h，离心得到固状物用去离子水反复洗涤至无Cl

【技术特征摘要】
1.一种有机-无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，其特征是：首先，将钠基蒙脱土加入到无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂中，室温下300r/min，搅拌12～36h，离心得到固状物用去离子水反复洗涤至无Cl-时为止，得滤饼；其次，将滤饼在80℃下干燥24h后研磨，将得到的粉末与可溶性糖混合溶于水中，并将该混合溶液进行水热反应；最后，将水热产物冷却后离心洗涤分离，并将离心后的产物在N2保护下焙烧，得到有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料粉体。2.如权利要求1所述的有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料的制备方法，其特征在于所述无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂由以下方法制成：室温下向0.2～1.6mol/L的碱性溶液中加入0.04～0.1mol的AlCl3，使得溶液中OH-与Al3+的摩尔比为2：1～3：1；然后搅拌12～36h。3.如权利要求1所述的有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料的制备方法，其特征在于：所述无机聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡卫权，刘昌持，刘立成，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42