一种凹凸棒石黏土表面改性方法技术

本发明专利技术揭示了一种凹凸棒石黏土表面改性方法，包括：高温煅烧改性、酸改性、以季铵盐作为阳离子表面活性剂对凹凸棒石黏土表面进行有机改性；采用稀土盐(硝酸钇、硝酸铈、硝酸钕、硝酸镧、硝酸镨、氯化镧)对凹凸棒石黏土表面进行无机改性。本发明专利技术的凹凸棒石黏土表面改性方法，对凹凸棒石黏土采用无机改性、无机‑有机改性相结合的方式，充分发挥有机改性和无机改性的优势，增大凹凸棒石黏土的比表面积、活化吸附中心、提高凹凸棒石黏土的吸附能力，进一步提高改性凹凸棒石黏土在水处理领域的除磷效果。本发明专利技术原料易得，成本低廉，工艺和设备要求简单，过程易于控制，具有较高的推广应用的价值。

【技术实现步骤摘要】
一种凹凸棒石黏土表面改性方法
本专利技术涉及环境保护处理技术
，具体为一种凹凸棒石黏土表面改性方法。
技术介绍
由于淡水中溶解磷(P)过多，全球约有30～50％的水源面临富营养化问题。水体富营养化的主要原因是过量磷(P)的积累，湖泊水体中的磷来自外部磷负荷的输入和沉积物中内源性磷的释放，调节总磷浓度是一个公认的治理方法。吸附法作为一种高效去除水体中磷的方法已经得到了广泛研究。凹凸棒石(ATP)是一种天然可得的含水结晶性镁铝硅酸盐矿物。ATP具有规则的结构和较大的比表面积，在分散、耐高温，耐盐和碱方面具有特定的特征，并且具有较高的吸附性。我国凹凸棒石储量丰富。主要矿床位于江苏省盱眙县。盱眙现有优质凹凸棒石6700万吨，粗略估算占全国储量的60％以上。天然材料如沸石、膨润土、蒙脱石等存在吸附性能优良但成本较高的问题，凹凸棒土由于其低成本和自然丰度，独特的结构和无毒性，已被广泛认为是低成本的替代吸附剂。与钙、铝或铁相比，稀土改性吸附剂在去除磷酸盐过程中具有更为突出的优点，如其较强的磷固定能力、pH操作范围广和在低磷酸盐浓度下具有高去除率等。目前，一种磷吸附剂在富营养化水体中对磷酸盐的控制显示出了前景，即镧改性材料。许多镧基材料(如镧改性膨润土(PhoSlock)、镧改性氧化铝、氢氧化镧改性沸石)已被开发出来，用于降低富营养化水体磷浓度。镧改性膨润土(PhoSlock)是澳大利亚联邦科学和工业研究组织首次开发的，可有效固定P。该膨润土经过深入研究并成功应用于欧洲、美国和澳大利亚的水体中。PhoSlock在国内存在售价高，且磷吸附量相对较低的问题，限制了其在我国富营养化水体中的推广应用。而其他已报道的镧改性除磷吸附剂也仅局限于室内实验阶段，在国内市场上并未进行投放使用。且目前已报道的稀土改性材料，所用稀土多为镧，其他稀土未见报道，稀土镧在地壳中的丰度远不如稀土铈、钕，且稀土钇与其丰度也相当，具有很好的替代性。且稀土改性所用材料，多为沸石、膨润土，蒙脱石等，成本更高。目前，国内市场并未出现可长期有效治理水体富营养化的稀土改性黏土吸附剂，极大的阻碍了我国富营养化水体相关治理工作的开展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种凹凸棒石黏土表面改性方法及该改性凹凸棒石黏土的应用，以解决现有技术中的问题。一种凹凸棒石黏土表面改性方法，包括：以季铵盐作为阳离子表面活性剂对凹凸棒石黏土表面进行有机改性；采用稀土盐对凹凸棒石黏土表面进行无机改性。在上述技术方案中，凹凸棒石黏土的有机改性和无机改性的步骤顺序并不限定。在一实施例中，只对凹凸棒石黏土进行无机改性；在另一实例中可以先对凹凸棒石黏土进行无机改性，然后进一步对无机改性后的凹凸棒石黏土进行有机改性。进一步的，所述的有机改性的具体步骤为：使包含凹凸棒石黏土、季铵盐和溶剂的混合反应体系于40℃～80℃反应2～8h，制得有机改性凹凸棒石黏土。进一步的，所述的混合反应体系应于恒温震荡条件下进行反应。进一步的，所述溶剂为去离子水。进一步的，所述的无机改性方法包括：步骤一：将凹凸棒石黏土浸渍于无机酸中进行酸化，获得酸改性凹凸棒石黏土；步骤二：将稀土盐溶解于去离子水中；获得稀土盐溶液；步骤三：将酸化后的凹凸棒石黏土加入稀土盐溶液中进行反应，获得稀土改性凹凸棒石黏土除磷剂。进一步的，所述无机酸选用稀盐酸。进一步的，步骤一中，改性温度为20℃～35℃，改性时间为1～6h。进一步的，步骤二中，反应的温度为20℃～40℃，反应时间为5～15min。进一步的，步骤二中，所述稀土盐与酸化后的凹凸棒石黏土的添加量比例为(5～10)：1。进一步的，步骤三中，改性温度为40℃～80℃，改性时间为2～6h。在上述技术方案中，稀土具有很好的生物相容性，稀土作为一种环境友好型的稀土元素，对磷酸根具有很强的结合力，稀土和磷会发生化学沉淀，因此可以达到快速高效的除磷效果。将稀土负载到凹凸棒土上，将有效提升凹凸棒土除磷的效能。于其对磷酸根具有很强的选择性吸附性，尤其是对低浓度磷酸盐的吸附。进一步的，所述季铵盐选自十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种或几种的组合，优选为十六烷基三甲基溴化铵。进一步的，对凹凸棒石黏土表面进行有机改性过程中，改性凹凸棒石黏土与季铵盐的投加量比例为1：(4～8)。进一步的，在所述的有机改性或无机改性之前，还包括对凹凸棒石黏土进行热处理：在350℃～650℃的温度下对凹凸棒石黏土进行烘焙1～3h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的凹凸棒石黏土表面改性方法，对凹凸棒石黏土采用无机改性、无机-有机改性相结合的方式，充分发挥有机改性和无机改性的优势，增大凹凸棒石黏土的比表面积、活化吸附中心、提高凹凸棒石黏土的吸附能力，进一步提高改性凹凸棒石黏土在水处理领域的除磷效果；2、通过有机改性凹凸棒石黏土，将其层间无机阳离子与季铵阳离子交换，可以提高凹凸棒石黏土的吸附能力，所得有机黏土的吸附性能增强是由于疏水性表面性能以及膨胀黏土的层间间距增大所致；3、凹凸棒石黏土具有较好的阳离子交换能力，其与稀土具有很好的结合能力，因此稀土改性凹凸棒石黏土是一种较为理想的除磷材料。将稀土负载到凹凸棒石粘土上，将有效提升凹凸棒土除磷的效能，因此稀土改性凹凸棒石黏土是一种较为理想的除磷材料；4、稀土不仅在地球上丰富，而且具有很高的成本效益；稀土对磷酸盐具有很高的亲和力，由于价态没有变化，与稀土结合的磷酸盐在还原条件下不存在释放问题，由于稀土与磷酸盐具有很强的亲和力，可有效地将磷吸附在沉积物中，且可以稳定存在于沉积物中，对水生生物的影响微乎其微；本专利技术原料易得，成本低廉，工艺和设备要求简单，过程易于控制，具有较高的推广应用的价值。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术凹凸棒石黏土表面进行无机改性的方法流程。具体实施方式以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：S1:将凹凸棒石黏土原矿磨成细粉状过200目筛得凹凸棒石黏土粉；凹凸棒石黏土粉在400℃的温度下烘培2h，得改性凹凸棒石黏土；S2:将改性凹凸棒石黏土与十六烷基三甲基溴化铵按照5：1的投加量比例混合，十六烷基三甲基溴化铵溶液浓度为50mmol/L，30℃下恒温搅拌6h，转速为400r/min，得有机改性凹凸棒石黏土；S3:将有机改性凹凸棒石黏土浸渍于0.025mol/L的硝酸钇溶液中；40℃下恒温振荡2h，转速为200r/min，得硝酸钇改性凹凸棒石黏土；S4:步骤(S3)中所得产物烘干的温度为100～120℃，烘干后过200目筛。干燥后制成硝酸钇改性凹凸棒石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凹凸棒石黏土表面改性方法，其特征在于，包括：/n以季铵盐作为阳离子表面活性剂对凹凸棒石黏土表面进行有机改性；/n采用稀土盐(硝酸铈、硝酸钕、硝酸镧、硝酸镨、硝酸钇、氯化镧)对凹凸棒石黏土表面进行无机改性。/n

【技术特征摘要】
1.一种凹凸棒石黏土表面改性方法，其特征在于，包括：
以季铵盐作为阳离子表面活性剂对凹凸棒石黏土表面进行有机改性；
采用稀土盐(硝酸铈、硝酸钕、硝酸镧、硝酸镨、硝酸钇、氯化镧)对凹凸棒石黏土表面进行无机改性。


2.根据权利要求1所述的凹凸棒石黏土表面改性方法，其特征在于，所述的无机改性方法包括以下步骤：
步骤一：将凹凸棒石黏土浸渍于无机酸中进行酸化，获得酸改性凹凸棒石黏土；
步骤二：将稀土盐溶解于去离子水中；获得稀土盐溶液；
步骤三：将酸化后的凹凸棒石黏土浸渍于稀土盐溶液中进行反应，获得稀土改性凹凸棒石黏土除磷剂。


3.根据权利要求2所述的凹凸棒石黏土表面改性方法，其特征在于，步骤一中，无机酸选用盐酸，盐酸浓度为5～15％，酸化温度为20℃～35℃，酸化时间为1～6h。


4.根据权利要求2所述的凹凸棒石黏土表面改性方法，其特征在于，步骤二中，稀土盐溶液浓度为0.02～0.2mol/L，反应的温度为20℃～40℃，反应时间为5～15min。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：董良飞，孙俊杰，叶天宝，
申请(专利权)人：南京公诚节能新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32