本發(fā)明涉及吸附劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性凹凸棒土吸附劑及制備方法。
背景技術(shù)：
重金屬離子廢水是當(dāng)今世界三大水環(huán)境污染方式之一，這些重金屬離子廢水進(jìn)入環(huán)境后不能被生物降解，在水體中積累到一定限度就會(huì)對(duì)水體-水生植物-水生動(dòng)物系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并能通過(guò)食物鏈影響到人類自身的健康?，F(xiàn)行的重金屬處理方法主要包括化學(xué)沉淀、溶劑萃取、離子交換、膜分離、活性碳和硅膠吸附等方法，其中化學(xué)沉淀法應(yīng)用最為廣泛，但是對(duì)于低濃度廢水，采用化學(xué)沉淀法存在投資大、運(yùn)行成本高和易產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題。而吸附法因其材料便宜易得、成本低和去除效果好而成為研究重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外目前最常用的吸附劑是活性炭，但是活性炭存在著成本高、吸附易于飽和及再生困難的問(wèn)題，因此尋找活性炭的替代產(chǎn)品已受到本領(lǐng)域的關(guān)注。
凹凸棒土作為一種天然材料，具有特殊的纖維結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，使之具有許多特殊的物化及工藝性能，有“千土之王”和“萬(wàn)用之土”之美譽(yù)。由于凹凸棒土具有較大的比表面積，使其具有較強(qiáng)的吸附作用，因此將凹凸棒土應(yīng)用于廢水處理受到多越來(lái)越多人的關(guān)注。
申請(qǐng)?zhí)枮?01410288153.0的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種顆粒凹凸棒土吸附劑及其制備方法。其技術(shù)方案是：將水與凹凸棒土粉末混合均勻，水與凹凸棒土粉末的質(zhì)量比1：0.5～1，制得泥狀凹凸棒土；再將制得的泥狀凹凸棒土在90～110℃條件下干燥8～16h，破碎至粒徑為0.45～1.25mm的顆粒凹凸棒土 ；然后將制得的顆粒凹凸棒土置于馬弗爐中，在650～750℃條件下煅燒2～3h，制得顆粒凹凸棒土吸附劑。所述方法雖然不產(chǎn)生二次污染，所制備的顆粒凹凸棒土吸附劑具有粒徑大、易沉降、易回收和吸附性能良好的特點(diǎn)，但是所述制備工藝耗時(shí)長(zhǎng)、條件苛刻，具有較高的制作成本，不適合推廣應(yīng)用。
因此，研究開(kāi)發(fā)一種既具有較好的吸附沉降效果，又具有反應(yīng)條件溫和的凹凸棒土吸附劑成為目前研究的重點(diǎn)，也具有較好的應(yīng)用前景及使用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種改性凹凸棒土吸附劑及制備方法，所述改性凹凸棒土吸附劑具有較好的分散性及吸附沉降效能，能夠有效去除廢水中的重金屬離子及染料色素，為廢水的安全排放提供了保障，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。此外，所述制備方法簡(jiǎn)單、條件溫和、耗時(shí)短，適合工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
本發(fā)明涉及一種改性凹凸棒土吸附劑，包括如下重量份數(shù)的各組分：改性凹凸棒石粘土20~40份、聚丙烯酰胺改性石墨烯10~20份，還包括適量的溶劑。
優(yōu)選地，所述改性凹凸棒石粘土為酸改性后的凹凸棒石粘土。
優(yōu)選地，所述溶劑包括甲醇和水。
本發(fā)明還涉及一種制備改性凹凸棒土吸附劑的方法，包括如下步驟：
（1）凹凸棒石粘土的預(yù)處理：將天然凹凸棒石粘土進(jìn)行粉碎至100~200目，加水，攪拌形成懸浮泥漿，再通過(guò)超聲充分分散后，取上層懸濁液于3000轉(zhuǎn)/min的離心機(jī)中離心處理5~10min，靜置后真空抽濾得到凹凸棒石粘土一；
將凹凸棒石粘土一置于燒杯中，加入甲醇，于超聲波條件下超聲10~20min，靜置后真空抽濾，干燥得到凹凸棒石粘土二；
（2）改性凹凸棒石粘土的制備：將凹凸棒石粘土二置于燒瓶中，加入2mol/L的稀鹽酸，于超聲波條件下超聲10~20min，真空抽濾，并用蒸餾水清洗，然后于真空干燥箱中干燥，研磨至100~200目，即得改性后的凹凸棒石粘土；
（3）聚丙烯酰胺改性石墨烯的制備：稱取氧化石墨烯10~20份，加入氧化石墨烯10~20倍重量的水，經(jīng)超聲波處理20~30min，再加入丙烯酰胺單體、過(guò)硫酸銨，于80℃~90℃條件下攪拌反應(yīng)3~5h，提純得到聚丙烯酰胺改性的氧化石墨烯；
向改性后的氧化石墨烯中加入蒸餾水，再加入維生素C進(jìn)行還原反應(yīng)2~3h，真空抽濾，并洗滌，即得聚丙烯酰胺改性石墨烯；
（4）改性凹凸棒石吸附劑：按照配比將改性后的凹凸棒石粘土和聚丙烯酰胺改性石墨烯加入到錐形瓶中，加水，攪拌均勻，然后置于超聲波條件下超聲30~50min，真空抽濾，然后置于真空干燥箱中干燥，研磨至粒徑為100~200目，即得所述改性凹凸棒石吸附劑。
優(yōu)選地，所述步驟（1）中加水的重量為凹凸棒石粘土重量的3~8倍。
優(yōu)選地，所述步驟（1）中甲醇的加入體積與凹凸棒石粘土質(zhì)量比為50mL：5~10g。
優(yōu)選地，所述步驟（2）中稀鹽酸的加入體積量：凹凸棒質(zhì)量為1mL：2g~5g。
優(yōu)選地，所述步驟（2）中的蒸餾水清洗方法包括：將抽濾后的凹凸棒石粘土加入燒杯中，加入蒸餾水，置于超聲波條件下超聲5min，重復(fù)2次操作。
優(yōu)選地，所述步驟（3）中加入的丙烯酰胺單體為0.1~1份，其質(zhì)量為過(guò)硫酸銨質(zhì)量的10~20倍。
選用此范圍的原因是：石墨烯在聚丙烯酰胺的改性下可以大大提高其在水中的懸浮量，隨著丙烯酰胺加入量的增多，改性后的石墨烯分散在水中的懸浮量也會(huì)增多，但是當(dāng)丙烯酰胺的添加量至石墨烯用量的0.1以上時(shí)，會(huì)使得聚丙烯酰胺的含量多大，產(chǎn)物粘度增高，最終導(dǎo)致石墨烯在水中的懸浮量大大降低。
優(yōu)選地，所述步驟（3）中洗滌過(guò)程先用蒸餾水洗，再用甲醇洗，再用蒸餾水洗。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
（1）本發(fā)明制備得到的改性凹凸棒土吸附劑，具有較好的吸附沉降效能，能夠有效去除廢水中的重金屬離子及染料色素，為廢水的安全排放提供了保障，避免由于廢水處理不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的環(huán)境污染，同時(shí)降低了廢水處理的成本，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。此外，所述制備方法簡(jiǎn)單、條件溫和、耗時(shí)短，適合工業(yè)生產(chǎn)。
（2）本發(fā)明采用凹凸棒石粘土為吸附載體， 由于凹凸棒石粘土具有較大的比表面積，使其具有較好的吸附脫色性能；由于凹凸棒土儲(chǔ)量豐富，制作成本低廉；再加上凹凸棒土屬天然納米材料，綠色環(huán)保，不會(huì)給環(huán)境造成二次污染，符合環(huán)境友好型產(chǎn)品的要求，具有較好的使用價(jià)值。
（3）本發(fā)明采用聚丙烯酰胺改性石墨烯作為凹凸棒石粘土的改性劑，由于聚丙烯酰胺改性的石墨烯的結(jié)構(gòu)為在石墨烯的表面接枝聚丙烯酰胺鏈段，使得石墨烯在水中具有較好、較均勻的分散效果，進(jìn)而使得改性后的凹凸棒土也繼承了此優(yōu)點(diǎn)，使得改性后的凹凸棒土更加均勻的分散在廢水中，大大增加了凹凸棒土的利用率及吸附脫色能力，從而為快速高效的廢水處理提供了保障。
（4）本發(fā)明制備得到的改性凹凸棒土吸附劑還具有可重復(fù)利用的特點(diǎn)，大大降低了吸附劑的使用成本，提高了原料利用率，適合工業(yè)化推廣，具有較好的實(shí)用意義。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1：
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種改性凹凸棒土吸附劑及制備方法；
所述改性凹凸棒土吸附劑由如下重量份數(shù)的各組分制備而成：改性凹凸棒石粘土40份、聚丙烯酰胺改性石墨烯15份，還包括適量的溶劑。其中，改性凹凸棒石粘土為酸改性后的凹凸棒石粘土，溶劑包括甲醇和水。
所述改性凹凸棒土吸附劑的制備方法，包括如下步驟：
（1）凹凸棒石粘土的預(yù)處理：將天然凹凸棒石粘土進(jìn)行粉碎至200目，加入凹凸棒石粘土重量的5倍量的水，攪拌形成懸浮泥漿，再通過(guò)超聲充分分散后，取上層懸濁液于3000轉(zhuǎn)/min的離心機(jī)中離心處理8 min，靜置后真空抽濾得到凹凸棒石粘土一；
將凹凸棒石粘土一置于燒杯中，加入甲醇，于超聲波條件下超聲15 min，靜置后真空抽濾，干燥得到凹凸棒石粘土二，其中，甲醇的加入體積與凹凸棒石粘土質(zhì)量比為50mL：8 g；
（2）改性凹凸棒石粘土的制備：將凹凸棒石粘土二置于燒瓶中，加入2mol/L的稀鹽酸，于超聲波條件下超聲15 min，真空抽濾，并用蒸餾水清洗，然后于真空干燥箱中干燥，研磨至200目，即得改性后的凹凸棒石粘土，其中，稀鹽酸的加入體積量：凹凸棒質(zhì)量為1mL：3g；
（3）聚丙烯酰胺改性石墨烯的制備：稱取氧化石墨烯15份，加入氧化石墨烯15倍重量的水，經(jīng)超聲波處理20 min，再加入丙烯酰胺單體、過(guò)硫酸銨，于80℃條件下攪拌反應(yīng)5 h，提純得到聚丙烯酰胺改性的氧化石墨烯；
向改性后的氧化石墨烯中加入蒸餾水，再加入維生素C進(jìn)行還原反應(yīng)2 h，真空抽濾，并洗滌，即得聚丙烯酰胺改性石墨烯；
（4）改性凹凸棒石吸附劑：按照配比將改性后的凹凸棒石粘土和聚丙烯酰胺改性石墨烯加入到錐形瓶中，加水，攪拌均勻，然后置于超聲波條件下超聲40 min，真空抽濾，然后置于真空干燥箱中干燥，研磨至粒徑為200目，即得所述改性凹凸棒石吸附劑。
步驟（2）中的蒸餾水清洗方法包括：將抽濾后的凹凸棒石粘土加入燒杯中，加入蒸餾水，置于超聲波條件下超聲5min，重復(fù)2次操作。
步驟（3）中加入的丙烯酰胺單體為0.5份，其質(zhì)量為過(guò)硫酸銨質(zhì)量的15倍。
步驟（3）中洗滌過(guò)程先用蒸餾水洗，再用甲醇洗，再用蒸餾水洗，能夠充分清洗掉吸附在石墨烯表面的丙烯酰胺和聚丙烯酰胺及其他雜質(zhì)。
實(shí)施例2：
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種改性凹凸棒土吸附劑及制備方法；
改性凹凸棒土吸附劑，由如下重量份數(shù)的各組分制備而成：改性凹凸棒石粘土30份、聚丙烯酰胺改性石墨烯10份，還包括適量的溶劑。其中，改性凹凸棒石粘土為酸改性后的凹凸棒石粘土，溶劑包括甲醇和水。
改性凹凸棒土吸附劑的制備方法，包括如下步驟：
（1）凹凸棒石粘土的預(yù)處理：將天然凹凸棒石粘土進(jìn)行粉碎至100目，加入凹凸棒石粘土重量的3倍量的水，攪拌形成懸浮泥漿，再通過(guò)超聲充分分散后，取上層懸濁液于3000轉(zhuǎn)/min的離心機(jī)中離心處理5 min，靜置后真空抽濾得到凹凸棒石粘土一；
將凹凸棒石粘土一置于燒杯中，加入甲醇，于超聲波條件下超聲20 min，靜置后真空抽濾，干燥得到凹凸棒石粘土二，其中，甲醇的加入體積與凹凸棒石粘土質(zhì)量比為50mL：5g；
（2）改性凹凸棒石粘土的制備：將凹凸棒石粘土二置于燒瓶中，加入2mol/L的稀鹽酸，于超聲波條件下超聲10 min，真空抽濾，并用蒸餾水清洗，然后于真空干燥箱中干燥，研磨至100目，即得改性后的凹凸棒石粘土，其中，稀鹽酸的加入體積量：凹凸棒質(zhì)量為1mL：2g；
（3）聚丙烯酰胺改性石墨烯的制備：稱取氧化石墨烯10份，加入氧化石墨烯10倍重量的水，經(jīng)超聲波處理20 min，再加入丙烯酰胺單體、過(guò)硫酸銨，于90℃條件下攪拌反應(yīng)3 h，提純得到聚丙烯酰胺改性的氧化石墨烯；
向改性后的氧化石墨烯中加入蒸餾水，再加入維生素C進(jìn)行還原反應(yīng)2h，真空抽濾，并洗滌，即得聚丙烯酰胺改性石墨烯；
（4）改性凹凸棒石吸附劑：按照配比將改性后的凹凸棒石粘土和聚丙烯酰胺改性石墨烯加入到錐形瓶中，加水，攪拌均勻，然后置于超聲波條件下超聲30 min，真空抽濾，然后置于真空干燥箱中干燥，研磨至粒徑為100目，即得所述改性凹凸棒石吸附劑。
步驟（2）中的蒸餾水清洗方法包括：將抽濾后的凹凸棒石粘土加入燒杯中，加入蒸餾水，置于超聲波條件下超聲5min，重復(fù)2次操作。
步驟（3）中加入的丙烯酰胺單體為0.1份，其質(zhì)量為過(guò)硫酸銨質(zhì)量的10倍。
步驟（3）中洗滌過(guò)程先用蒸餾水洗，再用甲醇洗，再用蒸餾水洗，能夠充分清洗掉吸附在石墨烯表面的丙烯酰胺和聚丙烯酰胺及其他雜質(zhì)。
實(shí)施例3：
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種改性凹凸棒土吸附劑及制備方法；
改性凹凸棒土吸附劑，由如下重量份數(shù)的各組分制備而成：改性凹凸棒石粘土50份、聚丙烯酰胺改性石墨烯20份，還包括適量的溶劑。其中，改性凹凸棒石粘土為酸改性后的凹凸棒石粘土，溶劑包括甲醇和水。
改性凹凸棒土吸附劑的制備方法，包括如下步驟：
（1）凹凸棒石粘土的預(yù)處理：將天然凹凸棒石粘土進(jìn)行粉碎至200目，加入凹凸棒石粘土重量的8倍量的水，攪拌形成懸浮泥漿，再通過(guò)超聲充分分散后，取上層懸濁液于3000轉(zhuǎn)/min的離心機(jī)中離心處理10min，靜置后真空抽濾得到凹凸棒石粘土一；
將凹凸棒石粘土一置于燒杯中，加入甲醇，于超聲波條件下超聲10 min，靜置后真空抽濾，干燥得到凹凸棒石粘土二，其中，甲醇的加入體積與凹凸棒石粘土質(zhì)量比為50mL：10g；
（2）改性凹凸棒石粘土的制備：將凹凸棒石粘土二置于燒瓶中，加入2mol/L的稀鹽酸，于超聲波條件下超聲20min，真空抽濾，并用蒸餾水清洗，然后于真空干燥箱中干燥，研磨至200目，即得改性后的凹凸棒石粘土，其中，稀鹽酸的加入體積量：凹凸棒質(zhì)量為1mL：5g；
（3）聚丙烯酰胺改性石墨烯的制備：稱取氧化石墨烯20份，加入氧化石墨烯20倍重量的水，經(jīng)超聲波處理30min，再加入丙烯酰胺單體、過(guò)硫酸銨，于80℃條件下攪拌反應(yīng)5h，提純得到聚丙烯酰胺改性的氧化石墨烯；
向改性后的氧化石墨烯中加入蒸餾水，再加入維生素C進(jìn)行還原反應(yīng)3h，真空抽濾，并洗滌，即得聚丙烯酰胺改性石墨烯；
（4）改性凹凸棒石吸附劑：按照配比將改性后的凹凸棒石粘土和聚丙烯酰胺改性石墨烯加入到錐形瓶中，加水，攪拌均勻，然后置于超聲波條件下超聲50min，真空抽濾，然后置于真空干燥箱中干燥，研磨至粒徑為200目，即得所述改性凹凸棒石吸附劑。
步驟（2）中的蒸餾水清洗方法包括：將抽濾后的凹凸棒石粘土加入燒杯中，加入蒸餾水，置于超聲波條件下超聲5min，重復(fù)2次操作。
步驟（3）中加入的丙烯酰胺單體為1份，其質(zhì)量為過(guò)硫酸銨質(zhì)量的20倍。
步驟（3）中洗滌過(guò)程先用蒸餾水洗，再用甲醇洗，再用蒸餾水洗，能夠充分清洗掉吸附在石墨烯表面的丙烯酰胺和聚丙烯酰胺及其他雜質(zhì)。
改性凹凸棒土吸附劑應(yīng)用于廢水的處理，步驟如下：
分別取制備得到的改性凹凸棒土吸附劑加入到500mL廢水中，其中，廢水中含Pb2+，Cu2+， Cd2+離子，其中各離子的濃度為20mg/L，加入改性凹凸棒土吸附劑，于250轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速條件下，吸附時(shí)間2h后各金屬的去除率與吸附劑的加入量的關(guān)系結(jié)果見(jiàn)下表：
綜上所述，本發(fā)明制備得到的凹凸棒土吸附劑由于具有優(yōu)異的分散均勻性，使得在使用過(guò)程中微量使用即可對(duì)重金屬離子的較好的吸附作用，具有較好的吸附沉降效能，大大降低了使用成本，為廢水的安全排放提供了保障，避免由于廢水處理不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的環(huán)境污染，同時(shí)降低了廢水處理的成本，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。此外，所述制備方法簡(jiǎn)單、條件溫和、耗時(shí)短，適合工業(yè)生產(chǎn)。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。