一種用于廢水處理的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于廢水處理的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法，屬于納米復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法通過在蒙脫土表面修飾上大量的羧基，采用原位化學(xué)反應(yīng)將磁性納米粒子引入蒙脫土層間并獲得剝離型結(jié)構(gòu)，結(jié)合四氧化三鐵的磁分離性能和羧基修飾蒙脫土對有機(jī)陽離子染料及重金屬離子的高吸附特性，獲得可磁分離且吸附能力強(qiáng)的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合吸附材料。本發(fā)明制備工藝簡單、條件可控，制得的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料成本低廉、易于分離且具有高吸附特性和優(yōu)異環(huán)境友好特性，可以顯著提高對有機(jī)陽離子染料和重金屬離子的吸附效率和吸附容量，適用于工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域。
【專利說明】一種用于廢水處理的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于廢水處理的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人們生產(chǎn)和生活中大量有毒有害的物質(zhì)進(jìn)入水體，人類賴以生存與發(fā)展的水環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞。由于我國水資源相對匾乏，廢水處理技術(shù)在生產(chǎn)和生活中的作用也越來越大。
[0003]有機(jī)染料廢水具濃度高、色度深、水質(zhì)變化波動大以及可生化性差等特征，是很難處理的一類工業(yè)廢水。陽離子染料含有很復(fù)雜的芳香基團(tuán)而難以生物降解脫色?；瘜W(xué)還原或厭氧生物處理雖可使染料中的偶氮雙鍵還原為胺基而脫色，但產(chǎn)生的胺基類中間產(chǎn)物毒性比較大，且部分還原產(chǎn)物在有氧條件下易返色。因此，陽離子染料廢水的處理格外受到重視。
[0004]重金屬廢水同樣是一個(gè)需要迫切解決的污染問題。由于重金屬污染物很難被分解和破壞，一旦排入環(huán)境將導(dǎo)致永久性污染，常見的重金屬廢水處理技術(shù)包括:化學(xué)沉淀法、氧化還原法、離子交換處理法、凝聚-絮凝法、吸附法、膜分離法等物理和化學(xué)方法。
[0005]吸附法是利用多孔性固體與廢水接觸，利用吸附劑的表面活性，將廢水中染料或金屬離子吸附并濃集于其表面，達(dá)到凈化水的目的。當(dāng)前吸附材料主要是活性碳、分子篩和離子交換樹脂等，但這些材料存在或吸附效率低、容量小或適用范圍小、再生性差、成本高等缺陷，且不易從廢水中分離而造成二次污染，目前人們試圖研發(fā)納米復(fù)合吸附材料以進(jìn)一步提聞吸附效率并降低成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中蒙脫土作為吸附材料回收困難、吸附效率低等問題，提供一種磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法；本發(fā)明方法所制備的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料吸附廢水中重金屬離子和陽離子染料，具有優(yōu)異的吸附性能。
[0007]本發(fā)明所提供的一種用于廢水處理的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
[0008](I)改性劑溶液的制備:將甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化銨、甲基丙烯酸和過硫酸銨溶于去離子水中，其中甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化銨與甲基丙烯酸的總質(zhì)量占溶液的5%，甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化銨與甲基丙烯酸的摩爾比為1:10，過硫酸銨的質(zhì)量占溶液的0.05%，通N2攪拌30min后水浴加熱至70°C，反應(yīng)7h，得改性劑溶液；
[0009](2)有機(jī)改性蒙脫土的制備:將鈉基蒙脫土分散在水中，得鈉基蒙脫土溶液，通過鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值為2?5，其中:鈉基蒙脫土的質(zhì)量占溶液的0.5?2% ;將步驟⑴得到的改性劑溶液加入到上述鈉基蒙脫土溶液中，其中:改性劑與蒙脫土的質(zhì)量比為0.2?0.8:1，攪拌混合3?4h，進(jìn)行過濾和水洗，得有機(jī)改性蒙脫土 ；
[0010](3)磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備:將步驟(2)得到的有機(jī)改性蒙脫土分散在水中，得有機(jī)改性蒙脫土分散液，將三氯化鐵和氯化亞鐵加入該分散液中，其中:有機(jī)改性蒙脫土的質(zhì)量占溶液的0.2%?0.5 %，三氯化鐵與氯化亞鐵的摩爾比為1.5:1，有機(jī)改性蒙脫土與三氯化鐵的質(zhì)量比為0.4?1.0:1 ;通N2攪拌30min后，在80°C加入氨水溶液，將溶液PH值控制在10?11，攪拌反應(yīng)2h后，冷卻、過濾、洗滌、干燥后研磨分散即得到磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0012]1、本發(fā)明采用兩性聚合物對鈉基蒙脫土進(jìn)行改性，一方面通過改性在蒙脫土層間引入有機(jī)聚合物提高蒙脫土的層間距；另一方面引入大量的羧基，提高納米復(fù)合材料對陽離子染料和重金屬離子的吸附能力。
[0013]2、本發(fā)明采用原位化學(xué)反應(yīng)將磁性納米粒子引入兩性聚合物改性蒙脫土層間進(jìn)而獲得剝離型結(jié)構(gòu)，結(jié)合四氧化三鐵的磁分離性能和兩性聚合物改性蒙脫土對有機(jī)陽離子染料及重金屬離子的高吸附特性，獲得可磁分離且吸附能力強(qiáng)的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合吸附材料。
[0014]3、本發(fā)明制備工藝簡單、條件可控，制得的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料成本低廉、易于分離且具有高吸附特性和優(yōu)異環(huán)境友好特性，可以顯著提高對有機(jī)陽離子染料和重金屬離子的吸附效率和吸附容量，適用于工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為鈉基蒙脫土(a)、有機(jī)改性蒙脫土(b)和磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料(c)的小角X射線衍射譜圖；
[0016]從圖1可以看出，蒙脫土的層間距從1.32nm增加到1.53nm，表明蒙脫土的成功改性，磁性蒙脫土納米復(fù)合材料在1°?10°范圍內(nèi)沒有衍射峰存在，表明了磁性蒙脫土納米復(fù)合材料具有剝離型結(jié)構(gòu)。
[0017]圖2為Fe3O4 (a)和磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料(b)的廣角X射線衍射譜圖；
[0018]從圖2可以看出，所制備的磁性蒙脫土納米復(fù)合材料含有四氧化三鐵的特征峰，表明磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的成功制備。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實(shí)施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1
[0021]將3.0g鈉基蒙脫土分散于600mL的蒸餾水中，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值為3，再將2.4g改性劑加入到上述溶液中，混合攪拌4h，過濾和水洗，獲得有機(jī)改性蒙脫土。取有機(jī)改性蒙脫土 1.66g分散于700mL的蒸餾水中并加入2.69g六水合三氯化鐵和1.32g四水合氯化亞鐵，通N2攪拌30min后，在80°C加入氨水溶液，將溶液pH值控制在10?11，攪拌反應(yīng)a后，冷卻、過濾、洗漆，干燥后研磨分散即得到磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料。
[0022]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為60mg/L的10mL亞甲基藍(lán)溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得亞甲基藍(lán)濃度為0.98mg/L，吸附率為98.4%。
[0023]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為50mg/L的1mL羅丹明溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得羅丹明濃度為4.43mg/L，吸附率為91.1 %。
[0024]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為10mg/L的10mL鎳離子溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得鎳離子濃度為2.93mg/L，吸附率為70.7%。
[0025]實(shí)施例2
[0026]將3.0g鈉基蒙脫土分散于300mL的蒸餾水中，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值為3，再將
1.2g改性劑加入到上述溶液中，混合攪拌4h，過濾和水洗，獲得有機(jī)改性蒙脫土。取有機(jī)改性蒙脫土 2.32g分散于700mL的蒸餾水中并加入2.69g六水合三氯化鐵和1.32g四水合氯化亞鐵，通N2攪拌30min后，在80°C加入氨水溶液，將溶液pH值控制在10?11，攪拌反應(yīng)a后，冷卻、過濾、洗漆，干燥后研磨分散即得到磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料。
[0027]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為60mg/L的10mL亞甲基藍(lán)溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得亞甲基藍(lán)濃度為0.12mg/L,吸附率為99.8%。
[0028]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為50mg/L的10mL羅丹明溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得羅丹明濃度為2.32mg/L，吸附率為95.3%。
[0029]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為10mg/L的1mL鎳離子溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得鎳離子濃度為1.54mg/L，吸附率為84.6%。
[0030]實(shí)施例3
[0031]將4.5g鈉基蒙脫土分散于300mL的蒸餾水中，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值為3，再將0.9g改性劑加入到上述溶液中，混合攪拌4h，過濾和水洗，獲得有機(jī)改性蒙脫土。取有機(jī)改性蒙脫土 2.69g分散于700mL的蒸餾水中并加入2.69g六水合三氯化鐵和1.32g四水合氯化亞鐵，通N2攪拌30min后，在80°C加入氨水溶液，將溶液pH值控制在10?11，攪拌反應(yīng)a后，冷卻、過濾、洗漆，干燥后研磨分散即得到磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料。
[0032]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為60mg/L的10mL亞甲基藍(lán)溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得亞甲基藍(lán)濃度為0.76mg/L,吸附率為98.7%。
[0033]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為50mg/L的1mL羅丹明溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得羅丹明濃度為3.21mg/L，吸附率為93.6%。
[0034]取0.1Og上述納米復(fù)合材料，投入初始濃度為10mg/L的1mL鎳離子溶液中，吸附6h后，磁鐵分離吸附劑后，測得鎳離子濃度為3.42mg/L，吸附率為65.8%。
【權(quán)利要求】
1.一種用于廢水處理的磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法具體步驟如下: (1)改性劑溶液的制備:將甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化銨、甲基丙烯酸和過硫酸銨溶于去離子水中，其中甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化銨與甲基丙烯酸的總質(zhì)量占溶液的5%，甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化銨與甲基丙烯酸的摩爾比為1:10，過硫酸銨的質(zhì)量占溶液的0.05%，通N2攪拌30min后水浴加熱至70°C，反應(yīng)7h，得改性劑溶液； (2)有機(jī)改性蒙脫土的制備:將鈉基蒙脫土分散在水中，得鈉基蒙脫土溶液，通過鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值為2?5，其中:鈉基蒙脫土的質(zhì)量占溶液的0.5?2% ;將步驟(I)得到的改性劑溶液加入到上述鈉基蒙脫土溶液中，其中:改性劑與蒙脫土的質(zhì)量比為0.2?0.8:1，攪拌混合3?4h，進(jìn)行過濾和水洗，得有機(jī)改性蒙脫土 ； (3)磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料的制備:將步驟(2)得到的有機(jī)改性蒙脫土分散在水中，得有機(jī)改性蒙脫土分散液，將三氯化鐵和氯化亞鐵加入該分散液中，其中:有機(jī)改性蒙脫土的質(zhì)量占溶液的0.2%?0.5%，三氯化鐵與氯化亞鐵的摩爾比為1.5:1，有機(jī)改性蒙脫土與三氯化鐵的質(zhì)量比為0.4?1.0:1 ;通隊(duì)攪拌30min后，在80°C加入氨水溶液，將溶液PH值控制在10?11，攪拌反應(yīng)2h后，冷卻、過濾、洗滌、干燥后研磨分散即得到磁性剝離型蒙脫土納米復(fù)合材料。
【文檔編號】B01J20/22GK104258816SQ201410576782
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】陳均, 趙永騰, 洪小琴, 張千峰 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)