一種用于重金屬吸附的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的制備方法
【專利摘要】一種用于重金屬吸附的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的制備方法，該材料以凹凸棒石粘土為核心，在表面與季銨鹽接枝；在無水乙醇溶液中，通過超聲波制備季銨鹽改性凹凸棒石粘土。制得的季銨鹽改性凹凸棒石粘土具有較好的分散性和吸附性，更大的表面積，接枝更多的氨基、羥基等官能團，更易與凹凸棒土和金屬離子結(jié)合，能夠?qū)ξ廴疚镞M行長久有效地控制，當(dāng)Pb2+濃度為100mg/L時的去除率達到98.3％，Cd2+濃度為100mg/L時的去除率達到99.4％。該制備方法工藝簡單，無二次污染，具有很好的市場潛力。
【專利說明】
一種用于重金屬吸附的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本專利涉及環(huán)保材料領(lǐng)域，尤其涉及一種季銨鹽改性凹凸棒土的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬廢水是工業(yè)廢水的一類，含重金屬廢水的來源十分廣泛，來源于有色金屬 行業(yè)、電鍍行業(yè)、采礦行業(yè)、化工行業(yè)等，水體中重金屬離子的種類、含量及其存在形態(tài)隨生 產(chǎn)種類不同而有所差異。水中的懸浮顆粒會吸附金屬離子及其化合物，最終積聚在水底沉 積層中，長期污染水體對環(huán)境污染嚴(yán)重。某些重金屬及其化合物能在某些水生生物體及魚 類組織內(nèi)富集、累積并參與生物圈循環(huán)，最終在人體內(nèi)富集，對人類健康危害極大的。
[0003] 目前，處理重金屬廢水的方法有很多，主要分為原位修復(fù)和異位修復(fù)，原位修復(fù)包 括:可滲透反應(yīng)墻、電動力學(xué)法、空氣攪動法、微生物處理法;異位修復(fù)包括:抽取一處理技 術(shù)、氣提法、吸附法、化學(xué)氧化法，其中吸附法由于其成本低廉，操作簡單，效果較高等優(yōu)點 常被用于重金屬廢水處理。凹凸棒石粘土是一種被廣泛應(yīng)用于污染地下水及土壤處理的材 料，由于其具有較強的電負性和還原性，能夠與多種污染物，如氯代苯類、重金屬類等發(fā)生 反應(yīng)，從而達到去除污染物的目的，但是也具有團聚，雜質(zhì)多等缺點。凹凸棒石粘土通過離 子交換、絡(luò)合作用和靜電作用去除重金屬，并且這3種作用同時發(fā)生在凹凸棒石粘土吸附重 金屬離子的過程中。因此凹凸棒石粘土對重金屬離子的吸附容量遠遠優(yōu)于其它吸附材料。
[0004] 本專利將用季銨鹽和凹凸棒石粘土復(fù)合，可以有效的改進凹凸棒石粘土材料的團 聚，雜質(zhì)多等缺點，使其達到有效的均勻分散和較好的與基質(zhì)材料進行表面結(jié)合等優(yōu)點，從 而改善材料的可塑性，增強其吸附能力及性能。季銨鹽往往含有較多的氨基、羥基等官能 團，更易與凹凸棒土和金屬離子結(jié)合。
[0005] 本發(fā)明以此為出發(fā)點，提出了一種用于重金屬吸附的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的 制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于改善凹凸棒石粘土在環(huán)境中的應(yīng)用效果，提供能有效去除水中 金屬離子的季銨鹽改性凹凸棒土的制備方法，本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0007] -種一種用于重金屬吸附的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的制備方法，其特征在于所 述制備方法包括凹凸棒石粘土原土的提純、季銨鹽溶液的配制、季銨鹽改性凹凸棒土材料 的制備等步驟，該季銨鹽改性凹凸棒土主要應(yīng)用于廢水中重金屬的去除，其具體制備步驟 如下：
[0008] (1)將凹凸棒石粘土原土以質(zhì)量比為1:10加入到5%的稀鹽酸中，機械攪拌使其充 分混合，反應(yīng)48h后離心、過濾，再用去離子水反復(fù)沖洗，洗至中性，并且要用硝酸銀滴定至 無沉淀出現(xiàn)，然后于ll〇°C烘干，過200目篩，得到粗提純凹凸棒石粘土；
[0009] (2)稱取0.8g左右的季銨鹽，如雙十八烷基二甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨 等加入到80~90mL的無水乙醇溶液中，配制0.015~0.02mol/L的季銨鹽溶液，機械攪拌使 其充分混合，得到季銨鹽溶液；
[0010] (3)稱取8~9g的粗提純凹凸棒石粘土粉末，加入到所述季銨鹽溶液中，常溫下超 聲波振蕩2h，抽濾，然后于110°C烘箱中烘干，粉碎后過200目篩，得到改性凹凸棒粘土。 [0011]優(yōu)選的，所述的配制季銨鹽溶液的過程中，使用無水乙醇(分析純)進行配制，優(yōu)選 的，使用無水乙醇(優(yōu)級純)進行配制。
[0012] 優(yōu)選的，所述的配制季銨鹽溶液的過程中，機械攪拌lOmin~50min，優(yōu)選的，20min ~40min〇
[0013] 優(yōu)選的，所述的干燥過程中，干燥時間90min以上，優(yōu)選的120min以上。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點在于:本專利制備工藝簡單，無二次污染，可實現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)； 本專利制得的改性凹凸棒石粘土具有較好的分散性和更大的吸附孔徑，其使用效果遠高于 凹凸棒石粘土原土;季銨鹽改性凹凸棒石粘土具有更大的表面積，更易與金屬離子結(jié)合，能 夠?qū)ξ廴疚镞M行長久有效地控制，具有很好的市場潛力。
【附圖說明】
[0015] 圖1:本發(fā)明凹凸棒石粘土原土的掃描電鏡圖；
[0016] 圖2:本發(fā)明制備的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下具體實施例對本發(fā)明的內(nèi)容進行了進一步的詳細說明，僅為本發(fā)明的具體實 施例而已，并不用于限制本發(fā)明。
[0018] 實施例1:
[0019] 一種用于重金屬吸附的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的制備方法，該材料以凹凸棒石 粘土為核心，在表面與季銨鹽接枝，其具體制備步驟如下：將10g凹凸棒石粘土原土加入到 100ml 5%的稀鹽酸中，機械攪拌使其充分混合，反應(yīng)48h后離心、過濾，再用去離子水反復(fù) 沖洗。洗至中性，并且要用硝酸銀滴定至無沉淀出現(xiàn)，然后于ll〇°C烘干，過200目篩，得到粗 提純凹凸棒石粘土;稱取0.8g左右的雙十八烷基二甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨等 季銨鹽加入到80mL的無水乙醇(分析純)溶液中，機械攪拌使其充分混合，得到季銨鹽溶液； 稱取8g左右的粗提純凹凸棒石粘土粉末，加入到上述季銨鹽溶液中，常溫超聲波振蕩2h，抽 濾，然后于110 °C烘干，粉碎過200目篩，得改性凹凸棒粘土。
[0020] 使用掃描電鏡對凹凸棒石粘土原土 (如圖1)和所述季銨鹽改性凹凸棒石粘土（如 圖2)進行掃描，可觀測到凹凸棒石粘土原土是由棒狀單晶緊密平行排列成為晶束，晶束又 相互聚集形成凹土微粒，其表面形成部分孔隙，經(jīng)季銨鹽改性處理后的凹凸棒石粘土原土， 單晶排列更加獨立分散，表面疏松多孔，在表面活性劑的作用下，晶束團聚現(xiàn)象降低。
[0021] 實施例2:
[0022]將本發(fā)明制備的季銨鹽改性凹凸棒石粘土用于處理廢水中Pb2+、Cd2+的單一重金 屬離子去除率實驗。配置的Pb2+和Cd2+溶液濃度分為20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、 100mg/L。室溫下，取0.10g所述本專利制備的改性凹凸棒石粘土分別加入到pH = 6.8，50mL 的上述模擬地下水重金屬污染廢水中，將其放入25°C的恒溫振蕩箱中進行反應(yīng)，反應(yīng)24h后 取樣，使用分光光度計測量水體中Pb 2+和Cd2+的濃度。
[0023]如表1所示，本發(fā)明制備的雙十八烷基二甲基氯化銨改性凹凸棒石粘土，在室溫 下，口!1 = 6.8條件時，其對于2〇11^凡、4〇11^凡、6〇11^凡、8〇11^凡、10〇11^凡？132+的去除效果分別 相比凹凸棒石粘土原土提高了 22%、25.8%、19.8%、26.6%和17.2%以上，并且在?132+濃度 為10〇11^/1時的去除率達到98.3%。
[0024]表1改性前后凹土材料對不同初始濃度Pb2+的去除率
[0025]
[0026]如表2所示，本發(fā)明制備的雙十八烷基二甲基氯化銨改性凹凸棒石粘土，在室溫 下，口!1 = 6.8條件時，其對于2〇11^凡、4〇11^凡、6〇11^凡、8〇11^凡、10〇11^凡0(12+的去除效果分別 相比凹凸棒石粘土原土提高了 39 %、40 %、26 %、28.1 %和24.7 %以上，并且在Cd2+濃度為 100mg/L時的去除率達到99 · 4%。
[0027]表2改性凹土材料對不同初始濃度Cd2+的去除率
[0028]
【主權(quán)項】
1. 一種用于重金屬吸附的季銨鹽改性凹凸棒石粘土的制備方法，其特征在于所述制備 方法包括凹凸棒石粘土原土的提純、季銨鹽溶液的配制、季銨鹽改性凹凸棒土材料的制備 等步驟，該季銨鹽改性凹凸棒土主要應(yīng)用于廢水中重金屬的去除。2. 如權(quán)利要求1所述的凹凸棒石粘土原土的提純其特步驟，其特征在于將凹凸棒石粘 土原土以質(zhì)量比為1:10加入到5%的稀鹽酸中，得到粗提純凹凸棒石粘土。3. 如權(quán)利要求1所述的季銨鹽溶液的配制步驟，其特征在于活化過程所用的季銨鹽溶 液為0.015~0.02mol/L的雙十八烷基二甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨等，并機械攪 拌20~40min。4. 如權(quán)利要求1所述的季銨鹽改性凹凸棒土材料的制備步驟，其特征在于將粗提凹凸 棒石粘土 8~9g加入到0.015~0.02mol/L的季銨鹽溶液中，改性過程中常溫超聲2h。
【文檔編號】C02F101/20GK105854787SQ201610266865
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】林愛軍, 漆佳, 焦春磊, 閆旭, 劉暢
【申請人】北京化工大學(xué)