胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的制備方法，屬于環(huán)保【技術(shù)領(lǐng)域】。按照海泡石：去離子水：無(wú)水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)的比例制備海泡石懸濁液，并攪拌形成凝膠；在7000?lOOOOrpm攪拌條件下加入質(zhì)量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基）乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，其與海泡石的比例為4.5?9:2?3(v/w);加入無(wú)水乙醇，繼續(xù)攪拌形成凝膠體系后，用無(wú)水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅；將濾餅置于烘箱中恒溫70?80°C，持續(xù)18h后烘干，研磨后即得到胺基羧酸修飾海泡石。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣、無(wú)二次污染。
【專(zhuān)利說(shuō)明】胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重金屬吸附材料的制備技術(shù)，特別是一種胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的制備方法，屬于環(huán)保【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要支撐，高速發(fā)展的同時(shí)帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，尤其是隨著頻繁的開(kāi)礦、金屬冶煉以及加工，大量含鉛、汞、鎘、鈷、銅等廢氣、廢水和固體廢物排放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重危害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界平均每年排放汞約1.5萬(wàn)噸，銅約340萬(wàn)噸，鉛約500萬(wàn)噸，錳約1500萬(wàn)噸，鎳約100萬(wàn)噸等，排放的廢棄物使很多區(qū)域的土壤重金屬濃度明顯高于背景值。重金屬污染會(huì)不僅會(huì)嚴(yán)重影響和改變水體、土壤等的生態(tài)功能，還會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降，重金屬在食物鏈中的過(guò)量富集會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成很大的危害，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。
[0003]目前，人們利用多種方法，如:化學(xué)沉淀法、吸附法、氣浮法、氧化還原法等，處理廢水中的重金屬離子，其中，以化學(xué)沉淀法和吸附法應(yīng)用最為廣泛。
[0004]海泡石(S^1lite)化學(xué)式為Mg8Si12O3tl(OH)4(OH2)4AH2O,是一種 2:1 型鏈?zhǔn)綄訝罱Y(jié)構(gòu)的纖維狀富鎂硅酸鹽礦物，通常呈白、淺灰、淺黃等顏色，不透明也沒(méi)有光澤，硬度2?3，密度2?2.5g/cm3，具有收縮率低，可塑性好，比表面大，吸附性強(qiáng)以及熱穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)富產(chǎn)海泡石的國(guó)家之一，在湖南、江西、河北均有廣泛分布，但開(kāi)發(fā)利用卻十分落后，目前仍以出口原料為主。海泡石理論比表面積為900m2/g，接近活性炭，但價(jià)格僅為其十幾分之一。近年來(lái)，通過(guò)表面修飾方法來(lái)提高材料性能，制備功能先進(jìn)、性能突出的材料以及復(fù)合材料成為研究的熱點(diǎn)。因此加強(qiáng)對(duì)海泡石的開(kāi)發(fā)利用，特別是通過(guò)表面修飾來(lái)提高海泡石的吸附性能有極其重要的意義。
[0005]2000年，學(xué)者M(jìn)ercier在甲苯溶液中利用3_巰丙基三甲氧基娃燒(3-mercapto-pro-pyltrimethoxysilane)對(duì)海泡石進(jìn)行表面修飾,修飾后的材料對(duì)Pb2+和Cd2+的最大吸附量分別為0.31mmol/g和0.21mmol/g。但由于該反應(yīng)是在有機(jī)溶液甲苯中進(jìn)行,不可避免會(huì)造成一定的污染和危害。因此亟需開(kāi)發(fā)一種快速、低成本、綠色環(huán)保的合成工藝對(duì)海泡石進(jìn)行表面修飾以提高其吸附性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣、無(wú)二次污染的胺基羧酸修飾海泡石作為重金屬吸附劑的制備方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種納米織構(gòu)化方法制備胺基羧酸海泡石，該胺基羧酸海泡石可作為重金屬吸附劑，制備方法如下:
[0008](I)取海泡石粉末，分散于去離子水中，加入無(wú)水乙醇，形成海泡石懸濁液，其中，海泡石:去離子水:無(wú)水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)；
[0009](2)制備質(zhì)量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，備用；
[0010](3)將海泡石懸濁液在分散機(jī)上攪拌形成凝膠后，在7000?1000rpm攪拌條件下加入步驟(2)中制備好的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，質(zhì)量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液與海泡石的比例為 4.5 ?9:2 ?3 (v/w)；
[0011](4)加入無(wú)水乙醇，繼續(xù)攪拌形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系，將該凝膠體系轉(zhuǎn)移至布氏漏斗，用無(wú)水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅；
[0012](5)將上述凝膠濾餅轉(zhuǎn)移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫70?80°C，持續(xù)18h后將廣口瓶中凝膠取出，烘干，研磨后即得到胺基羧酸修飾海泡石(TMS-EDTA-海泡石)。
[0013]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)適用范圍廣:本發(fā)明制備的吸附材料主要用于含重金屬離子的廢水處理、水體的修復(fù)，以及重金屬污染土壤的修復(fù)等，對(duì)于由鉛、鎘、銅等多種重金屬元素引起的復(fù)合污染也有顯著的效果。
[0015](2)吸附效果好:本發(fā)明制備的重金屬吸附分離材料胺基羧酸修飾海泡石，含有大量的活性功能基團(tuán)，可通過(guò)化學(xué)吸附等表面絡(luò)合反應(yīng)吸附重金屬，經(jīng)試驗(yàn)證明胺基羧酸修飾海泡石對(duì)鉛(Pb)、鎘(Cd)和銅(Cu)均具有較好的吸附效果。
[0016](3)用量少、易推廣:本發(fā)明的材料在投加量較少的情況下即可取得較好的效果，成本較低，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，易被社會(huì)接受，同時(shí)使用方法簡(jiǎn)單，可以大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0017](4)本發(fā)明采用快速、低成本的一步法合成工藝，利用水做反應(yīng)介質(zhì)，綠色環(huán)保；產(chǎn)品的吸附性能得到進(jìn)一步提升，對(duì)Pb2+、Cd2+和Cu2+的最大吸附量分別為0.338,0.357和
0.469mmol/g ;操作簡(jiǎn)單,產(chǎn)率高,有利于推進(jìn)規(guī)模化生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]稱(chēng)取海泡石粉末3g，加入50ml去離子水，40ml無(wú)水乙醇，形成海泡石懸濁液；將海泡石懸濁液在分散機(jī)上以8000rpm的速度高速攪拌8min形成凝膠，備用(I);將購(gòu)買(mǎi)的質(zhì)量濃度為45%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液2ml溶于去離子水中，制備質(zhì)量濃度為10%的鹽溶液備用(II);繼續(xù)在8000rpm攪拌條件下將質(zhì)量濃度為10%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液用量9ml (II)傾倒入(I)中，加入Iml無(wú)水乙醇,繼續(xù)8000rpm攪拌25min,形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系,其中鈉鹽溶液和海泡石的比例為9:3(v/w);將該反應(yīng)凝膠體系轉(zhuǎn)移至布氏漏斗，用無(wú)水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅，將凝膠濾餅轉(zhuǎn)移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫70°C，持續(xù)18h后，將廣口瓶中凝膠取出，80°C烘干，研磨后即得到胺基羧酸修飾海泡石3.17g。
[0020]實(shí)施例2
[0021]稱(chēng)取海泡石粉末2.5g，加入70ml去離子水，55ml無(wú)水乙醇，形成海泡石懸濁液；將海泡石懸濁液在分散機(jī)上以7000rpm的速度高速攪拌8min形成凝膠，備用(I);將購(gòu)買(mǎi)的質(zhì)量濃度為45 %的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液2.5ml溶于去離子水中，制備質(zhì)量濃度為15%的鹽溶液備用(II) ;10000rpm攪拌條件下將質(zhì)量濃度為15%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液用量7.5ml (II)傾倒入(I)中，加入3ml無(wú)水乙醇,繼續(xù)8000rpm攪拌25min,形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系,其中鈉鹽溶液和海泡石的比例為7.5:2.5(v/w);將該反應(yīng)凝膠體系轉(zhuǎn)移至布氏漏斗，用無(wú)水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅，將凝膠濾餅轉(zhuǎn)移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫80°C，持續(xù)18h后，將廣口瓶中凝膠取出，80°C烘干，研磨后即得到胺基羧酸修飾海泡石2.55g。
[0022]實(shí)施例3
[0023]稱(chēng)取海泡石4g，加入40ml去離子水，35ml無(wú)水乙醇，形成海泡石懸濁液；將海泡石懸濁液在分散機(jī)上以9000rpm的速度高速攪拌7min形成凝膠，備用(I);將購(gòu)買(mǎi)的質(zhì)量濃度為45%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液4ml溶于去離子水中，制備質(zhì)量濃度為20%的鹽溶液備用(II) ;9000rpm攪拌條件下將質(zhì)量濃度為20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液用量9ml (II)傾倒入(I)中，加入2ml無(wú)水乙醇，繼續(xù)9000rpm攪拌25min，形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系，其中鈉鹽溶液和海泡石的比例為4.5:2(v/w);將該反應(yīng)凝膠體系轉(zhuǎn)移至布氏漏斗，用無(wú)水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅，將凝膠濾餅轉(zhuǎn)移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫80°C，持續(xù)18h后，將廣口瓶中凝膠取出，65°C烘干，研磨后即得到胺基羧酸修飾海泡石4.20g。
[0024]實(shí)施例4
[0025]胺基羧酸修飾海泡石吸附水溶液Pb2+、Cd2+和Cu2+的應(yīng)用。
[0026]配置濃度均為100mg/L的Pb2+、Cd2+和Cu2+溶液作為工作液，各量取25ml置于50ml離心管中，分別稱(chēng)取實(shí)施例1制備的胺基羧酸修飾海泡石0.025g加入已經(jīng)添加Pb2+、Cd2+和Cu2+污染工作液的離心管中，胺基羧酸修飾海泡石與污染工作液的比例為lg/L，25°C恒溫震蕩6h，3800rpm離心后取上層清液，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定溶液中Pb2+、Cd2+和Cu2+濃度，根據(jù)工作液中Pb2+和Cd2+濃度前后濃度差計(jì)算胺基羧酸修飾海泡石的吸附量。
[0027]結(jié)果顯示:胺基羧酸修飾海泡石對(duì)溶液中鉛、鎘和銅污染均具有良好的吸附效果，其飽和吸附量為:鉛 0.338mmol/g,鎘 0.357mmol/g 和銅 0.469mmol/g。
【權(quán)利要求】
1.胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)取海泡石粉末，分散于去離子水中，加入無(wú)水乙醇，形成海泡石懸濁液，其中，海泡石:去離子水:無(wú)水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)； (2)制備質(zhì)量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，備用； (3)將海泡石懸濁液在分散機(jī)上攪拌形成凝膠后，在7000?1000rpm攪拌條件下加入步驟(2)中制備好的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液與海泡石的比例為4.5?9:2?3(v/w)； (4)加入無(wú)水乙醇，繼續(xù)攪拌形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系，將該凝膠體系轉(zhuǎn)移至布氏漏斗，用無(wú)水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅； (5)將上述凝膠濾餅轉(zhuǎn)移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫70?80°C，持續(xù)18h后將廣口瓶中凝膠取出，烘干，研磨后即得到胺基羧酸修飾海泡石。
【文檔編號(hào)】B01J20/22GK104209094SQ201410504697
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】徐愿堅(jiān), 韓君, 周建強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院