一种膨润土的原位柱撑改性方法和除藻净水剂技术

本发明专利技术属于天然淡水水环境保护和矿物加工与利用领域，公开了一种膨润土的原位柱撑改性方法以及用这种改性方法制备的一种环境矿物型除藻净水剂。本发明专利技术的方法不同于传统的柱撑改性方法，它是通过离子交换，使Ａｌ↑［３＋］先络合、交换到矿物层间域中，再借助于微波辐射和碱液滴定，强制Ａｌ↑［３＋］在蒙脱石层间域中进行原位水解聚合形成Ａｌ↓［１３］柱撑。此方法直接利用任意品质的膨润土，省去了膨润土的钠化过程，方法简单，成本低，合成产率高。本发明专利技术的除藻净水剂有效地发挥了膨润土的吸附性能和Ａｌ↓［１３］↑［７＋］聚阳离子的混凝、电中和等作用，环境友好，价廉，絮体密实，沉降速度快，去除蓝藻等悬浮物、浊度、氮磷等效果显著，且处理后的水体透明，水质和酸碱性稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于夭然或人工水体水环境保护和矿物加工与利用领域，具体涉及一种膨润土的原位柱撑改性 方法以及用这种改性方法制备的矿物型除藻净水剂。
技术介绍
近年来，我国作为饮用水源的江河湖库水体富营养化程度日益严重，蓝藻水华暴发的面积、频度和强 度及藻毒素的产生都呈现迅猛的增加趋势，直接后果是导致水中溶解氧浓度迅速降低、水生动植物大量死 亡以及周边景观和生态环境的破坏，饮用水制水成本升高，同时也给周边城市的投资业、水产业、旅游业、 供水安全和人类的生存与健康带来严重威胁。为了清除或抑制藻华，众多的国内外学者花费了40余年时间，先后提出几十种控制或治理藻华的方法， 如化学法、机械法、生物生态法和混凝法等。尽管各有所长，但都不同程度地存在着一定缺陷如机械除 藻成本较高，可操作性不强，工程量较大，影响水域的航运和泄洪等使用功能；生物除藻见效慢，需要引 入外来生物，消耗水中的溶解氧，产生生物粘泥，易使水质变坏发臭；化学除藻所投加的成分在水中残留 或与水中其他物质化合形成对人体有害的三致衍生物等。另外，这些方法应用到水量极大的湖库水体，需 要耗费大量的人力、物力和财力。针对目前治理藻华赤潮技术所存在的局限性和量多面广的蓝藻治理必须 符合既要除去藻类，又要对鱼类无害，不危害水环境以及价廉等要求，近年来，使用储量丰富、价格低廉、 天然无毒、处理工序相对简单的天然粘土矿物是治理天然水体蓝藻滋生的最有发展前途的方法，这一粘土 矿物除藻技术已引起国内外研究者的高度重视。目前在韩国的海湾和湖泊仅有的除藻补救措施就是向水中 投加粘土，国内的中国科学院生态研究中心、青岛科技大学和中国科学院海洋研究所等也进行了有益的尝 试，结果证明，大量撒播粘土的成本较高，而利用粘土矿物改性或复合聚合氯化铝后的除藻净水效率会大 大提高。其中粘土矿物中的膨润土应用的最多，因为膨润土的层间域是一个特殊的化学反应场所，它除了具有 一般粘土矿物层间域的层间交换、层间吸附、孔道过滤和层间聚合等性质之外，还具有层间柱撑的特性。 而且膨润土层间域中的铝几乎都是交换性铝，使得其层间的铝比非层状矿物中的铝更容易水解聚合形成带 正电的羟基聚合铝柱撑，能显著提高膨润土混凝净化水体和工业废水的能力。国际上膨润土除藻技术的研究和应用大都局限于治理海洋赤潮，极少见在淡水中使用的研究和实践。 针对与人们日常生活息息相关的淡水资源，目前膨润土在实际应用时还存在着诸如容易溶涨、渗透性差、 用量大、沉降后残留浊度大等缺点，限制了其实际应用。为了提高膨润土的除藻净水效率，人们对其进行 了各种有机和无机改性，有机改性因为毒性而不适应于天然淡水除藻。常见的膨润土矿物无机改性方法有焙烧或酸化活化法、离子交换改性以及交联柱撑改性等，研究最多 的是Ab柱撑。但迄今为止，Ab柱撑体本身的设计和插入方式尚未改观，改性方法不够高效，30年来一 直沿用传统的外源Alu柱撑改性方法先制得Au柱撑体，再插入蒙脱石层间域，即以离子交换的方式在 其层间插入目前发现的电荷数最高的羟基Keggin-Al^+聚阳离子。尽管膨润土有一定的膨胀性，但由于膨润土从矿物表面到层间域的介质水溶液之间存在着很大的酸度梯度，此时将平均粒径为2 3nm较大的介 稳柱撑剂Al乂+从外部插入层间距为0.96-2.14腿的膨润土中有一定的难度。由于Ab柱撑体的直径较半径 为0.054nm的单核Ap+大的多，而且不稳定，使得膨润土现有的这一外源柱撑方法耗时、合成产率较低。 A1;+是聚合氯化铝(PAC)混凝剂的最有效成分。它的使用对人类和鱼的毒性较低，在水污染修复与治 理和除藻方面具有良好性能。但单独使用PAC除藻时所形成的藻华絮体疏松，沉降性能较差，不能达到 有效分离水和藻的目的。中国的膨润土资源十分丰富，以钙基膨润土为主，矿产几乎遍布全国各地，其储量占世界首位。本发 明基于前期研究，选择膨润土作基质，利用蒙脱石的层间域性质，打破传统的柱撑改性观念，自主提出羟 基聚合Al13的原位水解聚合内源插层成柱方法，并用这种改性方法专利技术了一种新型矿物型除藻净水剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反应时间短、工序简单、合成效率高的膨润土原位柱撑改性的方法，这种方 法不同于传统的先合成Ab柱撑剂，再用于交联柱撑的改性方法，它是利用A产半径小，电荷高，极易水 解聚合的性质，在超声波作用下，将A严先行离子交换到矿物层间，再微波辅助并滴加碱液强制A产在膨 润土的蒙脱石矿物层间域中进行原位水解聚合柱撑。这种改性方法能显著增强其混凝除藻抑藻和净水能 力，降低粘土用量和残余浊度，合成产率大幅度提高。针对现有粘土除藻净水技术中存在的现实问题，本专利技术的另一目的是按上述改性方法研制了一种以膨 润土为主要成分的矿物型除藻净水剂，这种除藻净水剂环境友好、用量小，它保留了 PAC水处理剂和传 统的柱撑改性膨润土的各自优势，解决了改性粘土和PAC单独使用时存在的渗透性差、用量大、残余浊 度大、絮体疏松、沉降分离性能差等关键性问题。本专利技术的目的可以通过下述措施达到本专利技术由制浆、酸活化、铝(III)盐浸泡、强制A产水解聚合等工序组成。具体措施是将膨润土加水 调成1 10%的悬浊液，超声波振荡并用稀酸活化1~3天，酸化后的悬浮液离心过滤，水洗后用NaOH或 Na2C03调至中性，再在1500 4000rpm的速度下离心弃掉上层液得到滤饼，用A产/土比-2 12mmol/g的 可溶性铝(in)盐溶液浸泡滤饼1 3天，然后在微波辐射下，以2.0 4.0 ml/min的速度缓慢滴入OH7A产 摩尔比为1.5 2.8的NaOH溶液，强制层间域中的A严进行原位水解聚合，最后在2(TC 3(TC下恒温陈化 1 3天，制得内源Ah3柱撑液态除藻净水剂；也可以通过离心、干燥、研细过筛后做成固态产品，优选液态产品o所述的膨润土为任意品质的膨润土，包括钙基，钠钙基，钙钠基和钠基膨润土，不需要对膨润土原料 进行钠化处理，膨润土的质量要求如下含SiO260 70%， Al203^12%， Fe20^2.5%，蒙脱石矿物含量^65% (质量分数)。所述的酸为盐酸或硝酸，所述的可溶性铝(III)盐为AlCl3或A1(N03)3，所述的微波辐射的功率为250 400W，所述的碱液为NaOH或Na2C03溶液。 以下为本专利技术的原理性说明在膨润土酸化过程中，H+离子逐渐置换蒙脱土层间域中的K+、 Na+、 Ca2+、 Mg^等阳离子，削弱了原 来层间的键力，使层状晶格裂开，层间距扩大，活性表面增加，粘土的吸附能力和渗透性也显著提高。此时借助于超声波作用，让离子半径小的A产进入层间域中，生成氢(铝)基膨润土，并在微波辐射下，滴入 可溶性碱溶液，强制A产在层间域中原位水解聚合生成具有较强吸附混凝能力的Al137+,使Ab络合、预 留并交联柱撑在蒙脱石的层间域中，形成内源性Ab柱撑膨润土，从而改变层间域的电荷分布和层间距， 实现了电性、吸附性能和混凝性能的多重改性。用这种改性方法制备的除藻净水剂，有效地发挥了膨润土 的吸附性能和聚合铝的架桥网捕、压縮双电层、吸附键合等作用，能快速吸附混凝藻细胞、氮磷和其他污 染物，形成大块密实、沉降快速的藻类絮体。同时，A产和Al^+可与水体中的无机磷或含磷颗粒物结合生 成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨润土的原位柱撑改性方法，其特征在于：它经过如下工序：（１）制浆，将膨润土加水调成１～１０％的悬浊液；（２）酸活化，在超声波振荡下，用稀酸活化１～３天，酸化后的悬浮液离心过滤，水洗后用碱液调至中性，再离心弃掉上层液得到滤饼；（３）铝盐浸泡，用Ａｌ↑［３＋］／土比为２～１２ｍｍｏｌ／ｇ的可溶性铝（Ⅲ）盐溶液浸泡滤饼１～３天；（４）强制Ａｌ↑［３＋］水解聚合，在微波辐射下，用碱液强制层间域中的Ａｌ↑［３＋］进行原位水解聚合；（５）陈化，在２０℃～３０℃下恒温陈化１～３天。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王趁义，
申请(专利权)人：王趁义，
类型：发明
国别省市：33[]