一種硫酸木質素修飾海泡石吸附劑的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種硫酸木質素修飾海泡石吸附劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來我國農田土壤重金屬污染形勢日趨嚴峻。在工礦活動尤其是工業(yè)三廢排放的影響下，各種外源重金屬不斷進入農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。2011年3月國務院正式批復了環(huán)境保護部提出的《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》。2013年I月國務院辦公廳印發(fā)《近期土壤環(huán)境保護和綜合治理工作安排》的通知，要求開展土壤污染治理與修復試點示范。2013年8月國務院發(fā)布《國務院關于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產業(yè)的意見》，在治理突出的環(huán)境問題中，提出“重點研發(fā)污染土壤原位穩(wěn)定劑、異位固定劑”，進一步明確當前我國重點發(fā)展的土壤修復技術。
[0003]土壤重金屬污染不僅會嚴重影響和改變土壤生態(tài)功能，導致農作物產量和品質的下降，而且會通過食物鏈途徑危害人體健康，影響社會經濟可持續(xù)發(fā)展。化學鈍化修復通過向土壤中加入鈍化材料，以調節(jié)重金屬在土壤中的物理化學環(huán)境，使其發(fā)生吸附、絡合、沉淀、離子交換或氧化還原等反應，降低重金屬在土壤環(huán)境中的生物有效性和可迀移性，從而減少其對動植物的毒性。該方法從成本和時間上能更好地滿足中輕度重金屬污染土壤修復的治理要求，尤其適用于我國大面積中輕度復合污染農田。
[0004]目前常用的無機鈍化材料包括石灰、碳酸鈣等堿性材料，羥基磷灰石、磷酸鹽等含磷物質，膨潤土 /蒙脫土、海泡石、坡縷石等天然黏土，高爐渣、鋼渣、粉煤灰、赤泥等工業(yè)副產物。海泡石(S^1lite)化學式為Mg8Si12O3tl(OH)4(OH2)4.8H20，是一種2:1型鏈式層狀結構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，吸附性強以及熱穩(wěn)定等優(yōu)點。我國是世界上少數幾個富產海泡石的國家之一，在湖南、江西、河北均有廣泛分布，但開發(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，但價格僅為其十幾分之一。近年來，通過表面修飾方法來提高材料性能，制備功能先進、性能突出的材料以及復合材料成為研宄的熱點。因此加強對海泡石的開發(fā)利用，提高海泡石作為鈍化修復材料的良好性能是鈍化修復技術成功的關鍵。
[0005]目前，利用表面修飾方法，如:表面接枝改性、插層改性、酸活化法等來提高鈍化修復材料的吸附性能具有極其重要的意義，特別是發(fā)現(xiàn)和制備高效、經濟、綠色的鈍化修復材料更受到國內外研宄人員的廣泛關注。木質素，造紙工業(yè)的副產物，是產量居第二位豐富的生物質聚合物；木質素分子上的眾多官能團，特別是位于其分子表面上羧酸和酚羥基，使它成為理想的重金屬離子選擇性吸附劑(Pb2+，Cd2+，Cu2+，Ni2+)，因此，使木質素成為改性硅酸鹽材料的理想化合物。利用硅烷偶聯(lián)劑將生物質材料木質素偶聯(lián)到海泡石上，使制備廉價、高性能、綠色鈍化修復材料成為可能。

【發(fā)明內容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種硫酸木質素修飾海泡石吸附劑的制備方法，該制備方法不僅操作方法簡單、成本低廉，且制備出適用范圍廣、吸附效果好、用量少且易推廣的硫酸木質素修飾海泡石吸附劑，該吸附劑可用于含重金屬離子的廢水處理、水體的修復以及重金屬污染土壤的修復或由鉛、鎘或銅等多種重金屬元素引起的復合污染的應用。
[0007]本發(fā)明提供了一種硫酸木質素修飾海泡石吸附劑的制備方法，包括以下步驟:
[0008]S1、取15?30ml無水乙醇溶解于45?90ml去離子水中，形成乙醇溶液；另取海泡石粉末3?6g，分散于上述乙醇溶液中形成海泡石懸池液；稱取15?30ml的N_2_(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷溶于30?60ml去離子水中制成相應的溶液，備用；
[0009]S2、將海泡石懸濁液在分散機上攪拌形成凝膠，在轉速為7000?1000rpm的條件下攪拌時間為5?15min ;然后在7000?1000rpm的攪拌速度條件下加入N_2_(氨基乙基)-3_氨基丙基三甲氧基硅烷溶液，持續(xù)攪拌8?20min，穩(wěn)定0.7?1.5h后轉移至布氏漏斗，用無水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅；
[0010]S3、將上述凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫100-105°c，持續(xù)烘烤10?18h后將廣口瓶中凝膠取出，研磨后得到活化海泡石；
[0011]S4、取高碘酸鈉1.0?2.5g，溶于20?50ml水中，在分散機上攪拌速度為1000?1500rpm的條件下攪拌5?lOmin，形成高碘酸鈉溶液；
[0012]S5、取木質素7.5?20g，溶于35?10ml 二氧六環(huán)水溶液，所述二氧六環(huán)水溶液中二氧六環(huán)與去離子水的體積比為二氧六環(huán):去離子水=9:1 ；
[0013]S6、將高碘酸鈉溶液在黑暗條件下，以1.lml/min的速度注入步驟S5形成的溶液中，在分散機上攪拌速度為100rpm的條件下攪拌30min，生成活化木質素，備用；
[0014]S7、取步驟S3中得到的活化海泡石3?6g與步驟S6中得到的活化木質素進行混合，在分散機上攪拌速度為100rpm的條件下攪拌60min，停止攪拌后轉移至布氏漏斗，用無水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅；
[0015]S8、將上述凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置于溫度為100?105°C恒溫的烘箱中進行烘烤，持續(xù)12h后將廣口瓶中的凝膠濾餅取出，研磨后即得到硫酸木質素修飾海泡石。
[0016]可選的，所述步驟SI中海泡石懸濁液中海泡石的質量為3?6g、去離子水的體積為45?90ml以及無水乙醇的體積為15?30ml。
[0017]可選的，所述步驟SI中所述N-2_(氨基乙基)-3_氨基丙基三甲氧基硅烷與去離子水的體積百分比為2:5。
[0018]可選的，所述步驟S4中的高碘酸鈉溶液中高碘酸鈉與去離子水的體積百分比為1:15ο
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:本發(fā)明提供一種硫酸木質素修飾海泡石吸附劑的制備方法，該制備方法具有以下特點或優(yōu)點:
[0020]I)適用范圍廣:本發(fā)明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，以及重金屬污染土壤的修復等，對于由鉛、鎘、銅等多種重金屬元素引起的復合污染也有顯著的效果；
[0021]2)吸附效果好:本發(fā)明制備的硫酸木質素修飾海泡石，含有大量的活性功能基團，如羧酸和酚羥基等，可通過化學吸附等表面絡合反應吸附重金屬，經試驗證明硫酸木質素修飾海泡石對鉛(Pb)、鎘(Cd)或銅(Cu)等重金屬元素均具有較好的吸附效果；
[0022]3)資源二次利用，變廢為寶:利用工業(yè)的生物質副產物，木質素進行表面修飾，一方面解決資源再利用問題，另一方面提高吸附材料性能；
[0023]4)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，易被社會接受，同時使用方法簡單，可以大規(guī)模推廣應用。
【具體實施方式】
[0024]下面將參照具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0025]本發(fā)明實施例的一種硫酸木質素修飾海泡石吸附劑的制備方法，包括以下步驟:S1、取15?30ml無水乙醇溶解于45?90ml去離子水中，形成乙醇溶液；另取海泡石粉末3?6g，分散于上述乙醇溶液中形成海泡石懸池液；稱取15?30ml的N_2_(氨基乙基)-3_氨基丙基三甲氧基硅烷溶于30?60ml去離子水中制成相應的溶液，備用；S2、將海泡石懸池液在分散機上攪拌形成凝膠，在轉速為7000?1000rpm的條件下攪拌時間為5?15min ;然后在7000?1000rpm的攪拌速度條件下加入N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷溶液，持續(xù)攪拌8?20min，穩(wěn)定0.7?1.5h后轉移至布氏漏斗，用無水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅；S3、將上述凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫100-105°C，持續(xù)烘烤10?18h后將廣口瓶中凝膠取出，研磨后得到活化海泡石；S4、取高碘酸鈉1.0?
2.5g，溶于20?50ml水中，在分散機上攪拌速度為1000?1500rpm的條件下攪拌5?lOmin，形成高碘酸鈉溶液；S5、取木質素7.5?20g，溶于35?10ml 二氧六環(huán)水溶液，所述二氧六環(huán)水溶液中二氧六環(huán)與去離子水的體積比為二氧六環(huán):去離子水=9:1 ;S6、將高碘酸鈉溶液在黑暗條件下，以1.lml/min的速度注入步驟S5形成的溶液中，在分散機上攪拌速度為100rpm的條件下攪拌30min，生成活化木質素，備用；S7、取步驟S3中得到的活化海泡石3?6g與步驟S6中得到的活化木質素進行混合，在分散機上攪拌速度為100rpm的條件下攪拌60min，停止攪拌后轉移至布氏漏斗，用無水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅；S8、將上述凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置于溫度為100?105°C恒溫的烘箱中進行烘烤，持續(xù)12h后將廣口瓶中的凝膠濾餅取出，研磨后即得到硫酸木質素修飾海泡石。
[0026]實施例1
[0027]硫酸木質素修飾海泡石的制備
[0028]1、海泡石表面活化處理，具體包括以下步驟:
[0029]I)取15ml無水乙醇溶解于45ml去離子水中，形成乙醇溶液；另取海泡石粉末3g，分散于上述乙醇溶液中形成海泡石懸濁液；稱取15ml的N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷溶于30ml去離子水中制成相應的溶液，備用；
[0030]2)將海泡石懸濁液在分散機上攪拌形成凝膠，在轉速為7000rpm的條件下攪拌時間為5min ;然后在7000rpm的攪拌速度條件下加入N-2-(氨基乙基)_3_氨基丙基三甲氧基硅烷溶液，持續(xù)攪拌8min，穩(wěn)定0.7h后轉移至布氏漏斗，用無水乙醇抽濾并收集凝膠濾餅；
[0031]3)將上述凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置于烘箱中恒溫100°C，持續(xù)烘烤1h后將廣口瓶中凝膠取出，研磨后得到活化海泡石；
[0032]2、木質素活化處理，具體包括以下步驟:
[0033]I)取高碘酸鈉lg，溶于20ml水中，在分散機上攪拌速度為100rpm的條件下攪拌5min，形成高碘酸鈉溶液；
[0034]2)取木質素