一种功能化矿物材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种功能化矿物材料及其制备方法和应用，该功能化矿物材料的制备方包括以下步骤：将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，搅拌均匀后，置于反应釜中进行水热反应，得到中间产物；将中间产物加入至表面改性剂中进行表面改性即得功能化矿物材料。本发明专利技术的功能化矿物材料的制备方法，由铁盐、醋酸盐和高分子聚合物和有机溶剂在反应釜中进行水热反应生成Fe

【技术实现步骤摘要】
一种功能化矿物材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及水处理
，尤其涉及一种功能化矿物材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着我国的人口不断增长，社会经济飞速发展，我国的环境污染问题也越来越严重，其中水体污染问题尤为突出。我国淡水资源虽然总量庞大，但人均占有量却是非常有限，人均水资源只达到世界人均水资源的1/4，全国大约有一半的城市缺水，水体的污染和恶化使得水资源短缺的问题更加严重。工业污水不经处理即排入河流、湖泊，将对附近的人类、农作物以及动植物造成巨大的危害。纺织、服装、印染和皮革等行业会产生大量染料污水，染料污水具有排放量大、成分复杂、色度较深并且存在一定毒性等特点，并且染料废水中偶氮类染料占相当大比重，这类染料是性质稳定且难以降解的有机物，若将其未经处理直接排放到湖泊河流中，将会对水质和水中的水生生物造成严重威胁。除了染料污水外，重金属离子污水也是水体污染的重要来源。矿产开采、有色金属冶炼、电镀、冶金工业和电子产品生产等行业在生产过程中会产生大量重金属离子废水，重金属离子具有难降解、毒性大、易富集和危害持续时间长等特点，一旦重金属离子污水不经处理直接排入河流、湖泊中，将会毒害其中的水生生物，而且被这些污水浇灌过的农作物亦将受到毒害，这些重金属离子污水中的重金属离子能通过饮用水或者食物链进入人体内，严重危害了人体的身体健康和工农业生产。目前污水处理的方法主要有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、电解法、吸附法、以及生物法。吸附法是指将比表面积较大的多孔材料或者具有选择性吸附基团的材料作为吸附剂，使废水与吸附剂混合，进而达到污染物质(吸附质)在吸附剂表面聚集的目的，再利用沉淀或者筛选的方式来处理印染废水的方法。这种方法不仅能成功且高效地净化废水，而且还能实现废物的回收利用。由于吸附法具有方法简单，成本较低，处理效率高，能回收污染物等优点，因此广泛应用于脱色、吸湿和除臭等众多领域。过去的研究中常见吸附材料有膨润土、活性炭、农作物秸秆、木质素、壳聚糖、高岭土、沸石等天然材料以及碳基材料、氧化硅等后天合成类材料，但普遍存在孔径小、比表面积小、活性基团少和难以固液分离的问题，使其工业化应用受到限制。基于目前的吸附材料存在的技术缺陷，有必要对此进行改进。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种功能化矿物材料及其制备方法和应用，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。第一方面，本专利技术提供了一种功能化矿物材料的制备方法，包括以下步骤：将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，搅拌均匀后，然后置于反应釜中进行水热反应，得到中间产物；将中间产物加入至表面改性剂中进行表面改性即得功能化矿物材料。在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述表面改性剂包括聚乙烯亚胺溶液或3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液。在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述铁盐包括FeCl3；和/或，所述醋酸盐包括醋酸钠；和/或，所述高分子聚合物为聚乙二醇；和/或，所述有机溶剂为乙二醇。进一步优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述聚乙烯亚胺溶液的体积浓度为3～8％；和/或，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液的体积浓度为3～8％。在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述凹凸棒、所述铁盐、所述醋酸盐和所述高分子聚合物的质量比为(0.8～1.2):(1.2～1.6):(3.2～3.8):(0.8～1.2)；和/或，所述凹凸棒与所述有机溶剂的质量体积比为1g:(30～50)ml。和/或，所述中间产物与所述表面改性剂的质量体积比为1g:(10～30)ml。在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，于50～70℃下搅拌20～40min，然后再于室温下超声分散20～40min，再置于反应釜中于180～220℃下水热反应18～30h，得到中间产物。第二方面，本专利技术还提供了一种功能化矿物材料，采用所述的制备方法制备得到。第三方面，本专利技术还提供了一种所述的功能化矿物材料作为吸附剂在去除污水中染料和重金属离子中的应用。第四方面，本专利技术还提供了一种所述的功能化矿物材料除去污水中染料的方法，包括以下步骤：将含染料的待处理污水的pH值调节至3～11，然后将所述的功能化矿物材料加入到待处理污水中，在20～40℃条件下恒温振荡吸附5min～24h，吸附完毕后，过滤后分离。第五方面，本专利技术还提供了一种所述的功能化矿物材料除去污水中重金属离子的方法，包括以下步骤：将含重金属离子的待处理污水的pH值调节至2～5，然后将所述的功能化矿物材料加入到待处理污水中，在20～50℃条件下恒温振荡吸附5min～12h，吸附完毕后，过滤后分离。本专利技术的一种功能化矿物材料及其制备方法相对于现具有以下有益效果：(1)本专利技术的功能化矿物材料的制备方法，由铁盐、醋酸盐和高分子聚合物和有机溶剂在反应釜中进行水热反应生成Fe3O4磁性纳米粒子，然后附着在凹凸棒表面，得到中间产物，再通过凹凸棒表面的羟基(-OH)与聚乙烯亚胺(PEI)中的胺基(-NH2)形成氢键将聚乙烯亚胺吸附在凹凸棒表面，实现了凹凸棒的表面改性，引入了大量新的官能团且使其拥有了磁性，从而达到提高凹凸棒材料吸附性能、容易固液分离的目的；或者，通过凹凸棒表面的羟基(-OH)与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)发生脱水缩合反应而将3-氨丙基三乙氧基硅烷接枝到凹凸棒表面，实现了凹凸棒的表面改性，引入了大量新的官能团且使其拥有了磁性，从而达到提高凹凸棒材料吸附性能、容易固液分离的目的；(2)本专利技术制备得到的功能化矿物材料，具有孔径大，比表面积大，活性位点多等优点，因此可分别快速去除污水中的染料和重金属离子，且具有高的饱和吸附量，明显高于现有技术中吸附剂的吸附效果；(3)本专利技术制备得到的功能化矿物材料，具有优良的吸附量，对刚果红的去除量在5600mg/g左右；对铅离子的吸附容量在130mg/g左右。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的功能化矿物材料的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例1～2中制备得到的功能化矿物材料的FT-IR图谱；图3为凹凸棒土的扫描电子显微镜图；图4为本专利技术实施例1中制备得到的功能化矿物材料的扫描电子显微镜图；图5为本专利技术实施例2中制备得到的功能化矿物材料的扫描电子显微镜图；图6为本专利技术实施例1～2中制备得到的功能化矿物材料、凹凸棒土和中间产物对刚果红去除效果图；图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能化矿物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，搅拌均匀后，然后置于反应釜中进行水热反应，得到中间产物；/n将中间产物加入至表面改性剂中进行表面改性即得功能化矿物材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种功能化矿物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，搅拌均匀后，然后置于反应釜中进行水热反应，得到中间产物；
将中间产物加入至表面改性剂中进行表面改性即得功能化矿物材料。


2.如权利要求1所述的功能化矿物材料的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂包括聚乙烯亚胺溶液或3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液。


3.如权利要求1所述的功能化矿物材料的制备方法，其特征在于，所述铁盐包括FeCl3；
和/或，所述醋酸盐包括醋酸钠；
和/或，所述高分子聚合物为聚乙二醇；
和/或，所述有机溶剂为乙二醇。


4.如权利要求2所述的功能化矿物材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯亚胺溶液的体积浓度为3～8％；
和/或，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液的体积浓度为3～8％。


5.如权利要求1所述的功能化矿物材料的制备方法，其特征在于，所述凹凸棒、所述铁盐、所述醋酸盐和所述高分子聚合物的质量比为(0.8～1.2):(1.2～1.6):(3.2～3.8):(0.8～1.2)；
和/或，所述凹凸棒与所述有机溶剂的质量体积比为1g:(30～50)ml。
和/或，所述中间产...

【专利技术属性】
技术研发人员：任嗣利，廖晓峰，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36