一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法
【專利摘要】一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法，它主要是采用提純后的硅藻土、氫氧化鋁、磷酸和N,N-二甲基乙酰胺為主要試劑，加去離子水攪拌制得改性膨化石墨料漿；將改性膨化石墨料漿液和膨化石墨進行超聲波浸漬處理30min后烘干，用高溫電爐450℃燒結(jié)，保溫1h后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再浸洗烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，改性膨化石墨用塑料袋密封保存。本發(fā)明具有操作簡單、成本低廉的優(yōu)點，硅藻土改性膨化石墨能有效實現(xiàn)極性和非極性油類污染物的吸附去除，其對含油污水處理和海洋溢油污染處置工作的開展有較好的推進作用。
【專利說明】一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種膨化石墨改性的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)和原油海上運輸業(yè)的快速發(fā)展，水體油類污染已成為水環(huán)境污染治 理的核心內(nèi)容之一，油田污水超標排放以及油輪和輸油管道泄漏已成為油類污染的主要來 源，世界上每年約有500?1000萬噸油類污染物進入環(huán)境水體，給江河、湖泊和海洋等帶來 嚴重的生態(tài)災(zāi)難。因而，積極研發(fā)油類污染治理技術(shù)，防治各類油類污染，保障水環(huán)境安全， 具有十分顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，是利國利民、造福子孫后代的大事。
[0003] 膨化石墨是一種性能優(yōu)良的油類污染物吸附材料，其作為一種新型吸附材料用于 含油廢水治理和海洋溢油事件處置倍受青睞。膨化石墨是一種疏松多孔的碳素材料，其表 面和內(nèi)部有發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)狀孔系結(jié)構(gòu)，具有比表面積大、吸附性能好、比重小、無毒無害和重 復(fù)利用的優(yōu)點。膨化石墨在結(jié)構(gòu)上仍然由石墨微晶組成，所以其保留了鱗片石墨的高化學(xué) 穩(wěn)定性、耐高低溫、耐腐蝕、導(dǎo)電和導(dǎo)熱、以及非極性等特性。膨化石墨具有顯著的疏水親油 性，其孔道主要為大孔形結(jié)構(gòu)，原油和重油等有機大分子很容易進入其孔道中，并能在其網(wǎng) 絡(luò)體系中擴散直至充滿內(nèi)部孔道。因此，膨化石墨能對非極性油類污染物有優(yōu)良的吸附去 除性能。但由于膨化石墨的疏水親油特性，其對油類污染物的極性組分吸附去除性能欠佳。
[0004] 為有效提高膨化石墨的吸附處置性能，國內(nèi)外學(xué)者相繼開展了一系列研究工作。 但許多研究報道都側(cè)重于改進鱗片石墨膨化工藝制備膨化石墨，如在硫酸酸化技術(shù)的基礎(chǔ) 上，提出混酸法、二次氧化法和電化學(xué)氧化法等，這些技術(shù)能在一定程度上改善膨化石墨的 微孔結(jié)構(gòu)和膨脹體積，但沒有從本質(zhì)上改善其對極性油類組分吸附性能差的缺陷。也有研 究報道將二氧化鈦光催化降解和膨化石墨吸附技術(shù)相結(jié)合，用以去除各類有機污染物，該 技術(shù)能促進有機污染物的礦化降解過程，但該技術(shù)尚處于實驗室研究階段，工程應(yīng)用性能 差，并不適合油類污染事故的處置。硅藻土是一種高效廢水處理混凝劑，其是以硅藻殼體為 主的多孔性生物硅質(zhì)巖，其硅藻殼體上有大量多級有序排列的微孔，因而其具有化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定，耐各種強酸，孔容、孔徑、比表面積大，吸附能力強的優(yōu)點。此外，硅藻土含量豐富，價 格低廉。硅藻土主要的化學(xué)成分為非晶質(zhì)Si0 2，其還含有少量的Al203、Fe203、Ca0、Mg0、K 20、 Na20和有機質(zhì)，并且硅藻土表面載有Si-〇H、Si-〇-Si等基團，其吸附極性和非極性有機物的 性能優(yōu)良。但硅藻土通常為超細粉末，存在投加和后續(xù)回收處置難的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提高膨化石墨吸附處置極性油類污染組分的性 能，實現(xiàn)其對水體中各油類污染物的有效去除，本發(fā)明提供一種硅藻土改性膨化石墨的制 備方法，本發(fā)明主要是對商品硅藻土進行純化處理，然后采用純化后的硅藻土、氫氧化鋁、 磷酸和N，N-二甲基乙酰胺為試劑，應(yīng)用超聲波輔助溶液浸漬法，使膨化石墨表面載有硅藻 土超細顆粒，提高了膨化石墨的吸附處置性能，實現(xiàn)其對水體中極性和非極性油類污染物 的高效去除，繼而可保障各類油類污染事件的有效處置。
[0006] 本發(fā)明的制備方法如下：
[0007] 1)硅藻土的提純處理：
[0008] 首先將商品硅藻土用120目的標準檢驗篩進行篩選處理，收集過篩物，稱取過篩 后的硅藻土，用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為30%?40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲 波室溫空化處理30?45min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將硅藻土漿液靜置3?5h，然后棄 去上清液后抽濾，并用去離子水洗滌，之后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇〇°C?110°C 溫度下干燥12h，最后將干燥后的硅藻土研磨成120目的超細顆粒，得到提純后的硅藻土；
[0009] 2)硅藻土改性膨化石墨所用料漿液的制備：
[0010] a、所用料漿液的組成成分為每升去離子水加入提純后的硅藻土 100?150g、氫氧 化鋁25?35g、質(zhì)量濃度為85%的磷酸20?30g、N，N-二甲基乙酰胺10?15g ;
[0011] b、所用料漿液的配制在空氣中進行，將70%去離子水置于容器中，室溫下首先將 質(zhì)量濃度為85%的磷酸和N，N-二甲基乙酰胺依次加入上述容器中，攪拌使磷酸和N，N-二 甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入氫氧化鋁和提純后的硅藻土；在磷酸、N，N-二甲基乙 酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入后補加去離子水將 混合液的體積調(diào)整到100 %，并繼續(xù)攪拌60?90min，使溶液變成均勻的渾濁液，制得改性 膨化石墨料漿液；
[0012] 3)硅藻土改性膨化石墨的制備：
[0013] 按每100毫升改性膨化石墨料漿液加入5?7g膨化石墨的比例，將改性膨化 石墨料漿液和膨化石墨放入容器中，并將該容器置于超聲波處理器中進行超聲波浸漬處 理30min，超聲波頻率為40kHz，在超聲波處理的整個過程中，控制超聲波水浴的溫度為 40°C?50°C，30min后首先將盛有改性料漿液和膨化石墨的容器取出，并將表面浸漬有改 性料漿液的膨化石墨從容器轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然后將蒸發(fā)皿置于烘箱中，對其進行烘干處 理，烘干處理時間為6?9h，烘干處理溫度為100°C?105°C ;
[0014] 4)硅藻土改性膨化石墨的后續(xù)處理與保存：
[0015] 將步驟3)烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出，將其置于高溫電爐進行燒結(jié)，燒 結(jié)溫度為450°C，保溫lh后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，將改性膨化石墨用去離子水浸洗 干凈，然后將其在80°C?100°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的 改性膨化石墨用塑料袋密封保存。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0017] 1、操作簡單、成本低廉。
[0018] 2、使膨化石墨表面載有硅藻土超細顆粒，顯著提高了膨化石墨吸附處置有機污染 物的性能。
[0019] 3、硅藻土改性膨化石墨能有效實現(xiàn)極性和非極性油類污染物的吸附去除，將積極 推進含油污水處理和海洋溢油污染處置工作的開展。

【具體實施方式】
[0020] 實施例1
[0021] 首先將商品硅藻土用120目的標準檢驗篩進行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為30%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 30min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置3h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在100°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將20g質(zhì)量濃度 為85%的磷酸和10g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸 和N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入25g氫氧化鋁和100g提純后的硅藻土；在 磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入 后補加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌60min，使溶液變成均勻的渾濁液， 得到改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為40°C，將5g膨 化石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進 行超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和 膨化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然 后將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進行烘干處理，烘干處理時間為6h，烘干處理溫度為100°C ;將 烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh 后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，然后將其在 80°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密 封保存。
[0022] 實施例2
[0023] 首先將商品硅藻土用120目的標準檢驗篩進行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為35%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 35min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置4h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇5°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將25g質(zhì)量濃度為 85%的磷酸和12g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸和 N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入28g氫氧化鋁和120g提純后的硅藻土；在磷 酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入后 補加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌70min，使溶液變成均勻的渾濁液，制 得改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為43°C，將5g膨化 石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進行 超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和膨 化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然后 將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進行烘干處理，烘干處理時間為7h，烘干處理溫度為100°C ;將烘 干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh后 關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，在85°C溫度下 烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密封保存。
[0024] 實施例3
[0025] 首先將商品硅藻土用120目的標準檢驗篩進行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 40min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置4h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇5°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將28g質(zhì)量濃度 為85 %的磷酸和13g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸 和N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入30g氫氧化鋁和135g提純后的硅藻土；在 磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入 后補加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌80min，使溶液變成均勻的渾濁液， 制得改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為47°C，將6g膨 化石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進 行超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和 膨化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然 后將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進行烘干處理，烘干處理時間為8h，烘干處理溫度為105°C ;將 烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh 后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，然后將其在 90°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密 封保存。
[0026] 實施例4
[0027] 首先將商品硅藻土用120目的標準檢驗篩進行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 45min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置5h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在ll〇°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將30g質(zhì)量濃度 為85 %的磷酸和15g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸 和N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入35g氫氧化鋁和150g提純后的硅藻土；在 磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入 后補加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌90min，使溶液變成均勻的渾濁液， 制得改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為50°C，將7g膨 化石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進 行超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和 膨化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然 后將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進行烘干處理，烘干處理時間為9h，烘干處理溫度為105°C ;將 烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh 后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，然后將其在 l〇〇°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密 封保存。
【權(quán)利要求】
1. 一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法，其特征在于：該制備方法包括以下步驟： 1) 硅藻土的提純處理： 首先將商品硅藻土用120目的標準檢驗篩進行篩選處理，收集過篩物，稱取過篩后的 硅藻土，用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為30 %?40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室 溫空化處理30?45min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將硅藻土漿液靜置3?5h，然后棄去上 清液后抽濾，并用去離子水洗滌，之后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇〇°C?110°C溫度 下干燥12h，最后將干燥后的硅藻土研磨成120目的超細顆粒，得到提純后的硅藻土； 2) 硅藻土改性膨化石墨所用料漿液的制備： a、 所用料漿液的組成成分為每升去離子水加入提純后的硅藻土 100?150g、氫氧化鋁 25?358、質(zhì)量濃度為85%的磷酸20?3(^、1^二甲基乙酰胺10?158; b、 所用料漿液的配制在空氣中進行，將70%去離子水置于容器中，室溫下首先將質(zhì)量 濃度為85%的磷酸和N，N-二甲基乙酰胺依次加入上述容器中，攪拌使磷酸和N，N-二甲基 乙酰胺混合均勻；然后依次加入氫氧化鋁和提純后的硅藻土；在磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、 氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入后補加去離子水將混合液 的體積調(diào)整到100%，并繼續(xù)攪拌60?90min，使溶液變成均勻的渾濁液，制得改性膨化石 墨料漿液； 3) 硅藻土改性膨化石墨的制備： 按每100毫升改性膨化石墨料漿液加入5?7g膨化石墨的比例，將改性膨化石墨料 漿液和膨化石墨放入容器中，并將該容器置于超聲波處理器中進行超聲波浸漬處理30min， 超聲波頻率為40kHz，在超聲波處理的整個過程中，控制超聲波水浴的溫度為40°C?50°C， 30min后首先將盛有改性料漿液和膨化石墨的容器取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨 化石墨從容器轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然后將蒸發(fā)皿置于烘箱中，對其進行烘干處理，烘干處理時 間為6?9h，烘干處理溫度為100°C?105°C ; 4) 硅藻土改性膨化石墨的后續(xù)處理與保存： 將步驟3)烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出，將其置于高溫電爐進行燒結(jié)，燒結(jié)溫 度為450°C，保溫lh后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，將改性膨化石墨用去離子水浸洗干凈， 然后將其在80°C?100°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性 膨化石墨用塑料袋密封保存。
【文檔編號】C01B31/04GK104140095SQ201410344081
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】宋來洲, 楊菲菲, 楊育林, 齊效文, 賀君, 李飛 申請人:燕山大學(xué)