一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，包括以下步驟：鈉化：將天然鈣基膨潤土碾磨后過50-150目篩，加入鈉化試劑水溶液，50～90℃攪拌鈉化反應(yīng)1-4h，干燥得鈉基膨潤土；改性：將鈉基膨潤土碾磨后過150-250目篩，烘干后與改性劑常溫混合，即得。本方法制備的膨潤土膨脹性良好且兼具抗鹽耐污性能和吸附性能，既可用于高鹽度、復(fù)雜水體的地下防滲工程，還能用來處理污染水體中的重金屬離子和有機污染物。
【專利說明】一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于膨潤土材料深加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的黏土礦物，具有很強的吸濕性，能夠吸收相當于自身體積8~20倍的水而膨脹至30倍，同時還有較強的粘結(jié)性、密實性、自我修復(fù)性和離子交換性等特點，因此被廣泛應(yīng)用于冶金業(yè)、防滲工程、水處理等領(lǐng)域。但是，自然界中膨潤土多為鈣基，其膨脹性和吸附能力明顯不如鈉基，所以膨潤土的鈉化改性是膨潤土深加工領(lǐng)域內(nèi)的一項重要研究。
[0003]鈉化改性后的膨潤土比表面積和吸附性能都會大幅增加，對廢水中的重金屬、有機物等污染物具有較好的吸附去除效果。常用的鈉化方法有干法、半干法、濕法等。
[0004]鈉化改性后的膨潤土吸藍量、膨脹性能和粘結(jié)性也會有大幅提升，但是在鹽(海)水和污水中膨潤土分子結(jié)構(gòu)中層與層間的水分子首先與鹽(海)水或污水中的含有大量電解質(zhì)的雜物起反應(yīng)， 使其分子結(jié)構(gòu)被破壞或分子結(jié)構(gòu)間不能形成連接從而導(dǎo)致其膨脹指數(shù)和黏度大大降低，防滲性能明顯下降。因此，僅通過鈉化改性的膨潤土對鹽(海)水、污水的適應(yīng)能力還很差。
[0005]由于抗鹽性膨潤土在鹽(海)水或污水中能保持其固有的結(jié)構(gòu)，從而使其粘性和膨脹性能不會發(fā)生明顯的變化，所以，本發(fā)明的重點是尋求一種吸水性強、黏度高的聚合物，該聚合物能把膨潤土分子結(jié)合到一起，防止其結(jié)構(gòu)被破壞，進而把膨潤土分子結(jié)構(gòu)連接起來以保持膨潤土的粘性和膨脹性，從而提高其在鹽(海)水、污水中的防水能力。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過50-150目篩，加入鈉化試劑水溶液，50~90°C攪拌鈉化反應(yīng)l_4h，干燥得鈉基膨潤土 ；
[0009](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過150-250目篩，烘干后與改性劑
常溫混合，即得。
[0010]步驟(1)中，所述天然鈣基膨潤土中蒙脫石含量在50%以上、膠質(zhì)價在45ml/15g以上、膨脹指數(shù)在6ml/2g以上。
[0011]步驟(1)中，所述鈉化試劑選自碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氟化鈉中的一種或幾種；所述鈉化試劑水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%~20% ;鈉化試劑和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為(25~40):100o[0012]步驟⑵中，改性劑與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(1-10): 100。
[0013]步驟(2)中，所述改性劑選自聚丙烯酰胺、聚乙二醇、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、焦磷酸鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或幾種的混合物。
[0014]優(yōu)選地，當改性劑為焦磷酸鈉或聚丙烯酰胺時，焦磷酸鈉或聚丙烯酰胺與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(1-5):100;當改性劑為羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素時，羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(2-7):100 ;當改性劑為聚乙二醇或聚乙烯醇時，聚乙二醇或聚乙烯醇與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(2-6):100 ;當改性劑為聚丙烯酸鈉時，聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(2-8): 100。
[0015]有益效果:本發(fā)明首先用鈉化試劑采用半干法對天然鈣基膨潤土進行鈉化改性以提高膨潤土的比表面積和離子交換能力，再用改性劑通過物理摻雜的方式使其與鈉化改性后的膨潤土原料混合均勻來提高其在復(fù)雜水體中的膨脹性能，制得吸附性能好、抗鹽耐污能力強的高膨脹性能的膨潤土防水材料。采用本方法制備的膨潤土膨脹性良好且兼具抗鹽耐污性能和吸附性能，既可用于高鹽度、復(fù)雜水體的地下防滲工程，還能用來處理污染水體中的重金屬離子和有機污染物。
[0016]具體而言，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的優(yōu)勢:
[0017]1、本發(fā)明具有方法簡單、成本低、便于推廣等優(yōu)點，所用改性劑廉價易得、無毒無害; [0018]2、本發(fā)明方法制得的膨潤土具有膨脹性能好、抗鹽耐污性強、吸附能力良好等特點，可用于高鹽度、復(fù)雜性水體的地下防滲工程，以及污染水體中重金屬離子和有機物的去除。
【具體實施方式】
[0019]天然鈣基膨潤土分布廣泛且廉價易得，本發(fā)明選用蒙脫石含量在50%以上、膠質(zhì)價在45ml/15g以上、膨脹指數(shù)在6ml/2g以上的天然鈣基膨潤土。
[0020]本發(fā)明測定膨潤土膨脹指數(shù)的具體方法為:稱取2.0Og經(jīng)烘干至恒重的200目改性后的膨潤土試樣,分多次放入已加有90mL去離子水的量筒內(nèi)，每次在約30s內(nèi)緩慢加入不大于0.1g的膨潤土，待膨潤土沉至量筒底部后再次添加，相鄰兩次間隔不少于lOmin，直至2.0Og膨潤土完全加入到量筒中，然后將量筒內(nèi)的水加至10mL,靜置24h后讀取沉淀物界面的刻度值，精確至0.5mL。
[0021]實施例1
[0022]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0023](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為30:100。
[0024](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過200目篩，烘干后與改性劑焦磷酸鈉常溫混合，改性劑焦磷酸鈉與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為5:100，即得。
[0025]實施例2
[0026]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0027](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過50目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為5%的鈉化試劑氫氧化鈉水溶液，50°C攪拌鈉化反應(yīng)4h，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為25:100。
[0028](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過150目篩，烘干后與改性劑聚丙烯酰胺常溫混合，改性劑聚丙烯酰胺與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為1:100，即得。
[0029]實施例3
[0030]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0031](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過150目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為20%的鈉化試劑氯化鈉水溶液，90°C攪拌鈉化反應(yīng)lh，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為40:100。
[0032](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過250目篩，烘干后與改性劑羧甲基纖維素鈉常溫混合，改性劑羧甲基纖維素鈉與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為2:100，即得。
[0033]實施例4
[0034]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0035](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑碳酸鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì) 量比為35:100。
[0036](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過200目篩，烘干后與改性劑羥乙基纖維素常溫混合，改性劑羥乙基纖維素與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為7:100，即得。
[0037]實施例5
[0038]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0039](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑氟化鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為30:100。
[0040](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過200目篩，烘干后與改性劑聚乙二醇常溫混合，改性劑聚乙二醇與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為2:100，即得。
[0041]實施例6
[0042]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0043](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為30:100。
[0044](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過200目篩，烘干后與改性劑聚乙烯醇常溫混合，改性劑聚乙烯醇與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為6:100，即得。
[0045]實施例7
[0046]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0047](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為30:100。
[0048](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過200目篩，烘干后與改性劑聚丙烯酸鈉常溫混合，改性劑聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為2:100，即得。[0049]實施例8
[0050]抗鹽耐污型膨潤土的制備，包括以下步驟:
[0051](I)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為30:100。
[0052](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過200目篩，烘干后與改性劑聚丙烯酸鈉常溫混合，改性劑聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為8:100，即得。
[0053]實施例9
[0054]采取與實施例1類似的方法和工藝條件，考察改性劑焦磷酸鈉的加入量對抗鹽耐污型膨潤土性能的影響，設(shè)置平行試驗:
[0055](I)對照:不含改性劑的干燥膨潤土粉2g，編號為O ;
[0056](2)焦磷酸鈉與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為3:100、4:100、5:100，制得編號依次為Al、A2、A3的抗鹽耐污型膨潤土。
[0057](3)室溫下分別測定O、Al、A2、A3的抗鹽耐污型膨潤土在濃度為10g/L的氯化鈉水溶液中的膨脹指數(shù)，結(jié)果見表1-1 ;再分別測定0、A1、A2、A3的抗鹽耐污型膨潤土其對亞鐵離子、銅離子和COD的吸附效果，結(jié)果見表1-2。
[0058]表1-1焦磷酸鈉改性前后的膨潤土的膨脹性能
[0059]
【權(quán)利要求】
1.一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)鈉化:將天然鈣基膨潤土碾磨后過50-150目篩，加入鈉化試劑水溶液，50~90°C攪拌鈉化反應(yīng)l_4h，干燥得鈉基膨潤土 ； (2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤土碾磨后過150-250目篩，烘干后與改性劑常溫混合，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，所述天然鈣基膨潤土中蒙脫石含量在50%以上、膠質(zhì)價在45ml/15g以上、膨脹指數(shù)在6ml/2g以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，所述鈉化試劑選自碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氟化鈉中的一種或幾種；所述鈉化試劑水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%~20% ;鈉化試劑和天然鈣基膨潤土的質(zhì)量比為(25~40):100o
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，其特征在于:步驟⑵中，改性劑與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(1-10):100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述改性劑選自聚丙烯酰胺、聚乙二醇、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、焦磷酸鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤土的制備方法，其特征在于:當改性劑為焦磷 酸鈉或聚丙烯酰胺時，焦磷酸鈉或聚丙烯酰胺與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(1-5):100;當改性劑為羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素時，羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(2-7):100 ;當改性劑為聚乙二醇或聚乙烯醇時，聚乙二醇或聚乙烯醇與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(2-6):100 ;當改性劑為聚丙烯酸鈉時，聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤土的質(zhì)量比為(2-8): 100。
【文檔編號】C01B33/40GK104030308SQ201410247700
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】祝建中, 胡志強, 丁瑩, 韓剛, 朱志芳 申請人:河海大學(xué)