一种改性蛭石吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性蛭石吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将蛭石粉混入水中，得蛭石浆，对其进行低温等离子体照射，得剥片蛭石浆；(2)将硅酸钠与磷酸混匀，得硅磷混合液；(3)将硅磷混合液与剥片蛭石浆混匀后进行低温等离子体照射，得初级吸附浆；(4)将环糊精加入初级吸附浆中，搅拌加热、干燥、研磨过筛，得改性蛭石吸附剂。本发明专利技术制备工艺简单，制备过程简便，无需使用强酸或柱撑剂就能实现蛭石有效剥片且可将有机化合物有效加载在蛭石片表面；适用于pH为1～13的水体环境，可有效去除生活垃圾渗滤液中99％COD、98％氨氮、98％Hg、99％Cd；所需原料种类少且来源广泛，价格低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种改性蛭石吸附剂的制备方法
本专利技术涉及改性蛭石吸附剂的制备方法，尤其涉及一种无需使用强酸或柱撑剂就能实现对蛭石进行改性的方法。
技术介绍
随着工业化进程的加快和人类生活水平的提高，进入环境中的污染物种类和数量急剧增加(如水体中的COD、氨氮，重金属离子等)，一些顽固性的污染物将会对生态环境和人体健康产生不利影响。目前对环境中污染物的处理方法主要包括离子交换法、蒸发浓缩法、溶剂萃取法、吸附法等，吸附法具有吸附效率高、工艺设备简单、耗材便宜易得等优点，其中矿物吸附材料对环境污染物具有应用范围广、成本低、去除率高、操作简单、可循环使用的优点而被广泛应用。蛭石与蒙脱石类似，是一种具有层状结构的硅铝酸盐矿物。因蛭石具有较好的膨胀性且其层间拥有较多的可交换的阳离子、阳离子交换性强、吸附容量大，同时蛭石在自然界中储量丰富，成本低廉。基于此，蛭石已被广泛地应用到环境污染治理领域。由于原蛭石的吸附能力有限，为了提高蛭石对污染物的吸附容量，需要对蛭石进行改性。目前，对蛭石进行改性的方法主要包括无机改性和有机改性。无机改性的方法包括强酸改性和无机柱撑改性。对于强酸改性：在强酸酸化过程中，大量氢离子会占据蛭石表面的活性位点，引起蛭石表面的负电性下降和八面体结构坍塌。对于无机柱撑改性：需要在水浴及酸性环境下应用高分子聚合物或聚合羟基金属阳离子对蛭石进行插层，但存在柱撑剂价格较贵、蛭石插层效果差、羟基基团引入不稳定等问题。有机改性是将有机化合物通过键合作用将有机分子固定在蛭石的矿物层间或表面上，然而有机改性技术对有机化合物种类要求较高且需要通过添加其它辅助性的有机化合物激活键合作用。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种工艺操作简单、成本低的改性蛭石吸附剂的制备方法，且无需使用强酸或成本较高的柱撑剂。技术方案：本专利技术所述的一种改性蛭石吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将蛭石粉混入水中，得蛭石浆，对其进行低温等离子体照射，得剥片蛭石浆；(2)将硅酸钠与磷酸混匀，得硅磷混合液；(3)将硅磷混合液与剥片蛭石浆混匀后进行低温等离子体照射，得初级吸附浆；(4)将环糊精加入初级吸附浆中，搅拌加热、干燥、研磨过筛，得改性蛭石吸附剂。其中，所述步骤(1)中的蛭石粉是将蛭石研磨后过200～400目筛得到的，蛭石粉与水的固液比为1:2～4；低温等离子体照射时间为0.5～1.5h，放电方式为电弧放电，放电气氛为空气，放电电压为5～50kV。所述步骤(2)中硅酸钠与磷酸的摩尔比为1～3:1。所述步骤(3)中硅磷混合液与剥片蛭石浆的体积比为5～26:100，进一步优选为5～25:100；低温等离子体照射时间为0.5～1.5h，放电方式为电弧放电，放电气氛为空气，放电电压为5～50kV。所述步骤(4)中环糊精与初级吸附浆的固液比为4.5～15.5:100，进一步优选为5～15:100；加热时间为0.5～1.5h，加热温度为50～150℃。低温等离子体照射过程中产生超声波和微波，同时高压电极端释放的高能电子束使得水分子及空气中的氧气和氮气发生电离和解离，生成氢氧根自由基、氧自由基、氢自由基和游离激发氮。氢氧根自由基和氧自由基可通过强氧化作用，促进蛭石矿物层层间距扩大；超声波和微波的冲击可使得蛭石矿物层逐层分离，从而实现蛭石剥片，获得蛭石纳米片；氢自由基和游离激发氮吸附在蛭石纳米片表面，实现表面氢和氮的掺杂改性。在低温等离子体照射环境中，硅酸钠及磷酸与多种自由基反应，生成聚硅磷混凝胶体；聚硅磷混凝胶体将蛭石纳米片吸附在其表面，从而可有效避免蛭石纳米片团聚。向初级吸附浆加入环糊精后，环糊精吸附在聚硅磷混凝胶体和蛭石表面，水热过程中环糊精与聚硅磷混凝胶体和蛭石表面的杂化氢发生酯化反应，从而使得蛭石纳米片加载上磷酸酯同时具有环糊精的中空结构，通过环糊精分子内腔的疏水结构与污染物包络结合，从而达到去除污染物的目的。经过改性处理后的蛭石，膨胀性增强，比表面积增大，活性吸附点增多，蛭石的吸附性能大大提高。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点是：(1)本专利技术制备工艺简单，制备过程简便，无需使用强酸或柱撑剂就能实现蛭石有效剥片且可将有机化合物有效加载在蛭石片表面，解决了传统改性方法存在的吸附量有限、生产成本高等问题；(2)本专利技术制备的改性蛭石吸附剂适用于pH为1～13的水体环境，可有效去除生活垃圾渗滤液中99％COD、98％氨氮、98％Hg、99％Cd；(3)本专利技术所需原料种类少且来源广泛，价格低廉。附图说明图1是本专利技术的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。生活垃圾渗滤液采样与基本性质说明：试验用垃圾渗滤液取自连云港市海州区青城山生活垃圾卫生填埋场。该批次城市生活垃圾渗滤液的COD质量浓度为1347mg/L，氨氮的浓度为715mg/L，汞离子的浓度为0.46mg/L，镉离子的浓度为0.87mg/L。实施例1硅酸钠与磷酸摩尔比对所制备吸附剂性能影响改性蛭石吸附剂的制备：如图1所示，将蛭石进行研磨，过200目筛，得蛭石粉，按照固液比1:2(mg:mL)将蛭石粉和水进行混合，搅拌均匀，得蛭石浆，对蛭石浆进行低温等离子体照射0.5小时得到剥片蛭石浆(其中放电方式为电弧发电，放电电压为5kV，放电气氛为空气)；按照硅酸钠与磷酸摩尔比0.5:1、0.7:1、0.9:1、1:1、2:1、3:1、3.2:1、3.5:1、4:1将硅酸钠与磷酸混合，搅拌均匀，得硅磷混合液；按照硅磷混合液与剥片蛭石浆体积比5:100将硅磷混合液与剥片蛭石浆体混合，搅拌均匀，进行低温等离子体照射0.5小时，得到初级吸附浆(其中放电方式为电弧发电，放电电压为5kV，放电气氛为空气)；按照环糊精与初级吸附浆固液比5:100(mg:mL)，将环糊精加入初级吸附浆，连续搅拌，50℃加热0.5小时，得到终端吸附浆，将终端吸附浆进行干燥，研磨，过200目筛，得改性蛭石吸附剂粉末。吸附试验：按改性蛭石吸附剂与城市生活垃圾渗滤液(垃圾渗滤液在试验前用5mol/L硫酸溶液滴定调节pH至1)固液比为20:1(g:L)，将吸附剂粉末投入到初垃圾渗滤液中，120rpm转速下搅拌60min。COD浓度检测及COD去除率的计算：渗滤液化学需氧量COD浓度按照国家标准《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(GB11914-1989)进行测定。COD去除率按照公式(1)计算，其中RCOD为COD去除率，c0和ct分别为生活垃圾渗滤液处理前和处理后的COD浓度(mg/L)。氨氮浓度检测及氨氮去除率计算：渗滤液氨氮的浓度按照《水质氨氮的测定水杨酸分光光度法》(HJ536-2009)进行测定。氨氮去除率按照公式(2)计算，其中RN为氨氮去除率，cN0和cNt分别为生活垃圾渗滤液处理前和处理后的氨氮浓度(mg/L)。重金属离子浓度检测及去除率计算：渗滤液中汞离子浓度按照《水质汞、砷、硒、铋和锑的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性蛭石吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将蛭石粉混入水中，得蛭石浆，对其进行低温等离子体照射，得剥片蛭石浆；/n(2)将硅酸钠与磷酸混匀，得硅磷混合液；/n(3)将硅磷混合液与剥片蛭石浆混匀后进行低温等离子体照射，得初级吸附浆；/n(4)将环糊精加入初级吸附浆中，搅拌加热、干燥、研磨过筛，得改性蛭石吸附剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性蛭石吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将蛭石粉混入水中，得蛭石浆，对其进行低温等离子体照射，得剥片蛭石浆；
(2)将硅酸钠与磷酸混匀，得硅磷混合液；
(3)将硅磷混合液与剥片蛭石浆混匀后进行低温等离子体照射，得初级吸附浆；
(4)将环糊精加入初级吸附浆中，搅拌加热、干燥、研磨过筛，得改性蛭石吸附剂。


2.根据权利要求1所述的改性蛭石吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中硅酸钠与磷酸的摩尔比为1～3:1。


3.根据权利要求1所述的改性蛭石吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中硅磷混合液与剥片蛭石浆的体积比为5～26:100。


4.根据权利要求3所述的改性蛭石吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中硅磷混合液与剥片蛭...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄涛，宋东平，藏颖，邓锦涛，苏治宇，张克，金俊勋，刘龙飞，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32