一种基于麦羟硅钠石的环保吸附材料及其制备方法与在阴离子染料吸附中的应用技术

本发明专利技术公开了一种基于magadiite的环保吸附材料的制备及对阴离子染料的吸附。该方法以有机改性magadiite与生物聚合物季铵化壳聚糖QCS通过离子交换，制备QCS‑magadiite纳米杂化材料，最后研究此材料在阴离子染料污水处理中的应用。本发明专利技术的吸附材料具有绿色环保、可循环利用、吸附性能好以及价格低廉等优点。

An Environmental-friendly Adsorption Material Based on Macrosilicate and Its Preparation Method and Application in the Adsorption of Anionic Dyes

The invention discloses the preparation of an environmental-friendly adsorption material based on Magadiite and the adsorption of anionic dyes. In this method, organic modified Magadiite and quaternary ammoniated chitosan QCS were used to prepare QCS Magadiite nanohybrid material by ion exchange. Finally, the application of this material in anionic dye wastewater treatment was studied. The adsorbent material of the invention has the advantages of green environmental protection, recyclable utilization, good adsorptive performance and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于麦羟硅钠石的环保吸附材料及其制备方法与在阴离子染料吸附中的应用
本专利技术涉及吸附剂在吸附阴离子染料中的应用，具体涉及一种基于麦羟硅钠石的环保吸附材料及其制备方法与在阴离子染料吸附中的应用。
技术介绍
随着我国工业化程度的提高，水污染问题日趋突出，特别是工业废水未经处理就排入水体环境中，严重了影响人类的健康和社会的可持续发展，而有机染料废水是一类很难处理的工业废水，具有浓度高、致毒性、致癌性、非生物降解性以及可生化性差的特征，即使较低的浓度也会对人类和微生物造成很大的危害。因此在排放之前需要对其进行处理。国内外广大学者深入研究废水处理课题，致力于专利技术各种新技术、开发各种新材料、探索各种新工艺，缓解水资源供需矛盾。诸多方法被用于污水处理，包括混凝、絮凝、沉淀法、臭氧法、氧化法、光催化法和微波辐射。这些方法存在成本高、污染环境或难以全部去除污染物等缺陷。吸附法是污水处理技术中最有效的方法之一，吸附剂可以有效地去除水中各种污染物，尤其是其它方法难以有效处理的有毒和难降解的污染物；同时，吸附剂再生技术研究的不断深入，更拓宽了吸附法在废水处理中的发展空间和应用前景。低成本的层状硅酸盐基吸附材料具有表面吸附作用、层间阳离子交换作用、孔道过滤作用及特殊纳米结构效应等特殊性质，已经成为国内外环境污染控制与修复领域的研究热点之一，主要用于废水中重金属、有机污染物、染料、赤潮和大气环境中挥发性有机污染物的去除及作为土壤污染修复材料等。常用的层状硅酸盐是蒙脱土，但蒙脱土纯度低，离子交换容量不高，开采带来环境污染，且片层表面基本没有结构性羟基，功能化改性受到制约，难以广泛应用。因此研究开发新的层状硅酸盐吸附产品，减少天然矿产资源的开采、降低废水的处理成本具有十分重要的意义。与蒙脱土相比，麦羟硅钠石(magadiite)具有以下优点：一是控制合成工艺，能够得到高纯度的产物；二是层板具有优异的膨化性能，层间阳离子交换量远大于蒙脱土，能够保证优异的吸附性能；三是magadiite单个片层较厚(1.12nm)，结构稳定性好；四是片层上含有较多的羟基团，可以进行功能化改性，五是可人工合成，避免在自然界中开采而带来的环境破坏；六是价格低廉，具有市场竞争优势。magadiite可以完全替代自然界的蒙脱土，实现对矿产资源的保护及可持续利用，降低宝贵的矿产资源被低效率地使用而导致的浪费。同时也有效遏制对矿山的无节制乱挖滥采，保护森林植被，维护生态平衡。虽然magadiite吸附性能超过蒙脱土，但是其吸附性能还是有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的主要是克服现有技术中的不足，提供QCS-magadiite纳米杂化材料在吸附阴离子染料中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下。一种QCS-magadiite纳米杂化材料的制备，包括以下步骤：(1)将麦羟硅钠石分散于水中，超声、机械搅拌后，得到麦羟硅钠石分散液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵加入麦羟硅钠石均匀分散液中，反应后经过滤水洗干燥得到有机改性麦羟硅钠石；(3)将所述有机改性麦羟硅钠石分散于水中，超声、机械搅拌后，得有机改性麦羟硅钠石均匀分散液；(4)季铵化壳聚糖加入到所述步骤(3)中的有机改性麦羟硅钠石分散液中，机械搅拌至反应完全；(5)将步骤(4)中反应产物过滤取出，经后处理制得所述基于麦羟硅钠石的环保吸附材料。优选地，所述步骤(1)中十六烷基三甲基溴化铵的加入量与麦羟硅钠石的质量比是30％-50％，步骤(4)季铵化壳聚糖中与有机改性麦羟硅钠石的质量比为11％-15％。优选地，所述阴离子染料初始浓度范围为50～130mg/L。优选地，所述步骤(2)中反应条件为60-80℃磁力搅拌6-8h，且过滤后用去离子水洗涤2-3次，在60-80℃下干燥24h以上。优选地，步骤(5)中所述后处理是过滤后用去离子水洗涤2-3次，在真空烘箱中60-80℃恒温干燥24h以上，最后研磨。上述制备得到的环保吸附材料在阴离子染料吸附中的应用。优选地，待处理水体中阴离子染料初始浓度为50～130mg/L。优选地，将QCS-magadiite纳米杂化材料加入阴离子染料后，吸附时间40-60分钟。优选地，将QCS-magadiite纳米杂化材料加入阴离子染料后，调节水体pH值为4-9。优选地，所述阴离子染料为二甲酚橙、甲基橙或刚果红中任一种或两种以上。优选地，所述吸附反应是在常温下进行。该方法根据magadiite层间具有的离子交换性能，与季铵化壳聚糖阳离子聚合物(QCS)进行离子交换，即阳离子聚合物QCS通过离子交换作用进入magadiite的片层间，进行层层自组装反应制备插层型QCS-magadiite纳米杂化材料，将此材料作为新型的水处理剂，用于污水的净化处理。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：用QCS和CTAB对magadiite有机改性，可极大地提升其对阴离子染料的吸附性能，成本低廉，操作简单，绿色环保，可重复利用。QCS-magadiite纳米杂化材料在吸附阴离子染料时无需特殊预处理，吸附性能好以及价格低廉等优点。在常温对有毒的阴离子染料具有优良的吸附性能，短时间内可到达吸附平衡。综合考虑原料成本，处理成本和吸附性能，QCS-magadiite纳米杂化材料吸附剂具有很大的潜在应用价值。附图说明图1是实施例1不同CTAB含量制备CTAB改性麦羟硅钠石的XRD图；图2是实施例2不同QCS含量制备QCS-magadiite纳米杂化材料的XRD图；图3是本专利技术所制备的QCS-Magaditte纳米介孔材料结构示意图；图4是实施例3-6所用的麦羟硅钠石SEM图；图5是实施例3-6所用的QCS-Magaditte纳米介孔材料SEM图；图6是实施例3所测得的吸附时间对二甲酚橙吸附性能的影响图；图7是实施例4所测得的不同pH对二甲酚橙吸附性能的影响图；图8是实施例5所测得的不同QCS-magadiite纳米杂化材料添加量对二甲酚橙吸附性能的影响图；图9是实施例6所测得的不同二甲酚橙溶液浓度下，QCS-magadiite纳米杂化材料添加量对二甲酚橙吸附性能的影响图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术的具体实施作进一步说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中所用麦羟硅钠石，其制备方法参见公开号CN103073004A。实施例1称取5g麦羟硅钠石和1.5gCTAB放入到500ml的烧杯中，加入300ml的去离子水，将烧杯置于磁力搅拌水浴锅中于60℃下搅拌6小时，待反应结束后，将产物过滤并用去离子水洗涤3次，在80℃下干燥24h，之后研磨得到有机麦羟硅钠石。同等条件下，改变添加CTAB的质量为2.5g。由图1的XRD图可得知CTAB成功的插入麦羟硅钠石层间。实施例2称取5g麦羟硅钠石和2.5gCTAB放入到500ml的烧杯中，加入300ml的去离子水，将烧杯置于磁力搅拌水浴锅中于60℃下搅拌6小时，待反应结束后，将产物过滤并用去离子水洗涤3次，在80℃下干燥24h，之后研磨得到有机麦羟硅钠石；称取2g有机麦羟硅钠石和0.30g壳聚糖季铵盐放入到200ml的烧杯中，加入100ml的去离子水，将烧杯置于磁力搅拌水浴锅中于60℃下搅拌6小时，待反应结束后，将产物过滤并用去离子水洗涤3次，在80℃下真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于麦羟硅钠石的环保吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将麦羟硅钠石分散于水中，超声、机械搅拌后，得到麦羟硅钠石分散液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵加入麦羟硅钠石均匀分散液中，反应后经过滤水洗干燥得到有机改性麦羟硅钠石；(3)将所述有机改性麦羟硅钠石分散于水中，超声、机械搅拌后，得有机改性麦羟硅钠石均匀分散液；(4)季铵化壳聚糖加入到所述步骤（3）中的有机改性麦羟硅钠石分散液中，机械搅拌至反应完全；(5)将步骤（4）中反应产物过滤取出，经后处理制得所述基于麦羟硅钠石的环保吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于麦羟硅钠石的环保吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将麦羟硅钠石分散于水中，超声、机械搅拌后，得到麦羟硅钠石分散液；(2)将十六烷基三甲基溴化铵加入麦羟硅钠石均匀分散液中，反应后经过滤水洗干燥得到有机改性麦羟硅钠石；(3)将所述有机改性麦羟硅钠石分散于水中，超声、机械搅拌后，得有机改性麦羟硅钠石均匀分散液；(4)季铵化壳聚糖加入到所述步骤（3）中的有机改性麦羟硅钠石分散液中，机械搅拌至反应完全；(5)将步骤（4）中反应产物过滤取出，经后处理制得所述基于麦羟硅钠石的环保吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中十六烷基三甲基溴化铵的加入量与麦羟硅钠石的质量比是30%-50%：1，步骤（4）季铵化壳聚糖中与有机改性麦羟硅钠石的质量比为11%-15%:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈明亮，汤微，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44