專(zhuān)利名稱(chēng)：一種改性的蒙脫土及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性的蒙脫土及其制備方法和用途，具體的說(shuō)是一種改性的鈣 (鈉)基蒙脫土及其制備方法及和作為吸附劑的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
吸附法是去除水體中有機(jī)污染物的一種常用方法。目前常用的吸附劑有活性炭、 樹(shù)脂、天然礦物等，大量且廣泛應(yīng)用于不同類(lèi)型有機(jī)污染物如化工原料、農(nóng)藥以及染料等廢 水的吸附研究及處理中。但是，活性炭用于水體有機(jī)污染物處理費(fèi)用較高，再生困難，使其 使用受到限制；樹(shù)脂雖然處理量較大、性質(zhì)穩(wěn)定，但也存在成本較高且再生困難的問(wèn)題。蒙 脫土是一種含水硅酸鹽類(lèi)細(xì)粒粘土礦物，其特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予了蒙脫土許多特性，如膨 脹性、吸附性、離子交換性、分散性、懸浮性和粘結(jié)性等，且在全球儲(chǔ)量豐富，應(yīng)用前景廣闊。 天然的蒙脫土在實(shí)際應(yīng)用中往往需要通過(guò)改性，以提高其使用性能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域(李夢(mèng) 耀，車(chē)紅榮.膨潤(rùn)土的改性研究及在污水處理中的應(yīng)用，長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(建筑與環(huán)境科學(xué) 版)，2004，21(2) :42-51)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中在對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性如無(wú)機(jī) 改性、有機(jī)改性以及無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性研究，以使其用于不同類(lèi)型水體污染物的吸附去 除研究應(yīng)用(李娜，馬建中，鮑艷.蒙脫土改性研究進(jìn)展，化學(xué)研究，2009，20(1) :98-103)。 這些方法一般操作較為繁瑣且需要相對(duì)專(zhuān)業(yè)的操作技能，限制了其應(yīng)用普及。因此，研究開(kāi) 發(fā)成本較低且操作簡(jiǎn)便易行的改性蒙脫土技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有的蒙脫土改性方法所存在的難以應(yīng)用的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種改性的蒙 脫土及其制備方法和用途，通過(guò)該方法獲得的改性蒙脫土可作為吸附劑，即在將蒙脫土經(jīng) 過(guò)熱改性然后可以作為水體中有機(jī)物吸附劑。2.技術(shù)方案一種改性的蒙脫土的制備方法，其步驟為取市售鈣(鈉)基蒙脫土(粒徑不大 于0. 1mm，太大時(shí)煅燒容易不均勻且吸附效果不好)取適量置于磁質(zhì)坩堝中，在馬弗爐中以 600 (士 10)°C恒溫煅燒8-24小時(shí)，然后爐溫降至105°C (保持在水的沸點(diǎn)以上避免吸濕)時(shí) 取出保存在干燥器中備用。上述的煅燒升溫程序如下以2°C /min以上的升溫速度(若馬弗爐允許，可最 大速度調(diào)至5°C /min)逐漸升至600°C，保持8_24小時(shí)，然后在馬弗爐中保持自然降溫至 105 °C。吸附實(shí)驗(yàn)操作步驟如下稱(chēng)取一定量改性后的蒙脫土置于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL —定濃度的有機(jī) 物水溶液，在旋轉(zhuǎn)混合器上室溫避光平衡24h后取下離心，取上清液待分析。根據(jù)平衡前后 有機(jī)物濃度差計(jì)算吸附量。
吸附實(shí)驗(yàn)中，有機(jī)物的投加采取加入不同體積一定濃度的有機(jī)物甲醇儲(chǔ)備液方 式，為避免醇的共溶效應(yīng)而阻抑有機(jī)物的吸附，投加時(shí)控制甲醇量低于5%。；目標(biāo)有機(jī)物濃 度選取在其在純水中溶解度范圍之內(nèi)，考慮到實(shí)際操作溫度以及不同規(guī)格試劑差別的影 響，選取有機(jī)物濃度應(yīng)該盡量低于所報(bào)導(dǎo)的其在水中的溶解度，以保證在平衡實(shí)驗(yàn)中有機(jī) 物確實(shí)溶解，本實(shí)驗(yàn)中最大濃度選取不大于所報(bào)導(dǎo)各有機(jī)物在20°C水中溶解度的50% ；另 外，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，以確定平衡所需時(shí)間，以使在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)吸附達(dá)到充分平衡；且 應(yīng)該通過(guò)無(wú)吸附劑空白實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行除蒙脫土吸附外的其它導(dǎo)致溶液中有機(jī)物濃度降低的 因素考察，確使其它損耗可以忽略或每次均可以定量扣除。3.有益效果本發(fā)明提供了一種改性的蒙脫土及其制備方法和用途，與已有相關(guān)技術(shù)相比，本 發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)突出表現(xiàn)在制備步驟簡(jiǎn)單，操作技術(shù)要求不高，所選用原蒙脫土為商用品，可 直接購(gòu)得，價(jià)廉。所制備得到的改性的蒙脫土用于有機(jī)污染物吸附時(shí)，吸附效果好。


圖1是本發(fā)明涉及的蒙脫土改性前后的FTIR譜圖，橫坐標(biāo)為紅外吸收波數(shù)，縱坐 標(biāo)為吸收峰強(qiáng)度(圖中插入部分為對(duì)lOOOIOOcm—1范圍的圖譜放大)。圖1結(jié)果表明高溫 煅燒后蒙脫土脫掉大部分層間游離吸附水，僅保留了一些晶格中的結(jié)晶水，導(dǎo)致有更多的 空間使得有機(jī)物分子可以插入礦物的片層之間，從而增大了對(duì)有機(jī)物的吸附容量。lOOOcm—1 以下的指紋區(qū)，改性前后FTIR圖譜相似，都存在蒙脫土的特征峰，說(shuō)明熱改性后蒙脫土硅 酸鹽的骨架未變，但也存在微小差別，說(shuō)明這兩種物質(zhì)骨架雖相似，但顯然已不屬于同一種 物質(zhì)。圖2是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對(duì)除草劑苯噻草胺(mefenacet)的吸附等溫線， 橫坐標(biāo)為平衡濃度(mg/L)，縱坐標(biāo)為平衡吸附量(mg/kg)。圖3是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對(duì)菲(phenanthrene)的吸附等溫線，橫坐標(biāo)為平 衡濃度(mg/L)，縱坐標(biāo)為平衡吸附量(mg/kg)。圖4是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對(duì)除草劑阿特拉津(atrazine)的吸附等溫線，橫 坐標(biāo)為平衡濃度(mg/L)，縱坐標(biāo)為平衡吸附量(mg/kg)。圖5是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對(duì)硝基苯(nitrobenzene)的吸附等溫線，橫坐標(biāo) 為平衡濃度(mg/L)，縱坐標(biāo)為平衡吸附量(mg/kg)。圖2-5中誤差棒表示兩組平行實(shí)驗(yàn)的相對(duì)偏差。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1 熱改性蒙脫土的制備市售鈣(鈉)基蒙脫土(粒徑不大于0. 1mm)取適量置于磁質(zhì)坩堝中，在馬弗爐中 以600 (士 10)°C煅燒8-24小時(shí)，爐溫降至105°C (在水的沸點(diǎn)以上避免吸濕)時(shí)取出保存 在干燥器中備用。煅燒升溫程序如下以2-5°C /min逐漸升至600°C，保持8_24小時(shí)，然后 在馬弗爐中保持自然降溫至105°C取出置于干燥器備用。本實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行了其它六個(gè)煅燒溫度下的蒙脫土對(duì)有機(jī)物的吸附實(shí)驗(yàn)研究，煅燒
4處理方法同上，煅燒溫度分別為105°c、200°c、40(rc、50(rc、70(rc和900°C，以與600°C下 制備的蒙脫土材料的吸附效果相對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)煅燒溫度在200°C以下和900°C時(shí)，對(duì)有機(jī) 物基本無(wú)吸附，其余三個(gè)溫度下吸附量大小順序?yàn)?00°C> 700°C> 400°C，但均低于或遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于600°C下效果，所以本發(fā)明選定600°C為最佳煅燒溫度，允許上下10°C誤差；實(shí)施例2 熱改性蒙脫土對(duì)酰胺類(lèi)除草劑苯噻草胺的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱(chēng)取0. 030g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質(zhì)溶 液。背景電解質(zhì)為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進(jìn)樣器 準(zhǔn)確取一定量的苯噻草胺甲醇儲(chǔ)備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋子，在 室溫條件下于旋轉(zhuǎn)混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min，取lmL 上清液用于測(cè)定溶液中苯噻草胺的濃度，根據(jù)差減法由式= (C0-Ce)*V/w計(jì)算平衡時(shí)苯 噻草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機(jī)物濃度，Ce為吸附平衡時(shí) 有機(jī)物濃度，V為溶液體積，w為吸附質(zhì)質(zhì)量。無(wú)土對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因揮發(fā)、降解 和瓶壁吸附而造成的苯噻草胺的損失可忽略不計(jì)。等溫吸附曲線示于附圖2。實(shí)施例3 熱改性蒙脫土對(duì)三氮類(lèi)除草劑阿特拉津的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱(chēng)取0. 020g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質(zhì)溶 液。背景電解質(zhì)為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進(jìn)樣器準(zhǔn) 確取一定量的新配置的阿特拉津甲醇儲(chǔ)備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋 子，在室溫條件下于旋轉(zhuǎn)混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min， 取lmL上清液用于測(cè)定溶液中苯噻草胺的濃度，根據(jù)差減法由式1= (QrCehV/w計(jì)算平衡 時(shí)苯噻草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機(jī)物濃度，Ce為吸附平 衡時(shí)有機(jī)物濃度，V為溶液體積，w為吸附質(zhì)質(zhì)量。無(wú)土對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因揮發(fā)、 降解和瓶壁吸附而造成的菲的損失可忽略不計(jì)。等溫吸附曲線示于附圖4。實(shí)施例4 熱改性蒙脫土對(duì)多環(huán)芳烴類(lèi)污染物菲的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱(chēng)取0. 020g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質(zhì)溶 液。背景電解質(zhì)為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進(jìn)樣器 準(zhǔn)確取一定量的菲-甲醇儲(chǔ)備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋子，在室溫 條件下于旋轉(zhuǎn)混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min，取lmL上 清液用于測(cè)定溶液中苯噻草胺的濃度，根據(jù)差減法由式qe = (QrCeRV/w計(jì)算平衡時(shí)苯噻 草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機(jī)物濃度，Ce為吸附平衡時(shí)有 機(jī)物濃度，V為溶液體積，w為吸附質(zhì)質(zhì)量。無(wú)土對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因揮發(fā)、降解和 瓶壁吸附而造成的菲的損失可忽略不計(jì)。等溫吸附曲線示于附圖3。實(shí)施例5 熱改性蒙脫土對(duì)化工原料硝基苯的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱(chēng)取0. 020g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質(zhì)溶 液。背景電解質(zhì)為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進(jìn)樣器準(zhǔn) 確取一定量的硝基苯甲醇儲(chǔ)備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋子，在室溫 條件下于旋轉(zhuǎn)混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min，取lmL上 清液用于測(cè)定溶液中苯噻草胺的濃度，根據(jù)差減法由式qe = (QrCeRV/w計(jì)算平衡時(shí)苯噻 草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機(jī)物濃度，Ce為吸附平衡時(shí)有 機(jī)物濃度，V為溶液體積，w為吸附質(zhì)質(zhì)量。無(wú)土對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因揮發(fā)、降解和瓶壁吸附而造成的硝基苯的損失可忽略不計(jì)。等溫吸附曲線示于附圖5。通過(guò)對(duì)四種不同性質(zhì)有機(jī)物的吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果表明，以本發(fā)明熱改性鈣基蒙脫 土作為吸附劑對(duì)水溶液中從痕量到大量的有機(jī)物均有非常好的吸附效果。特別地，當(dāng)水體 中苯噻草胺和菲濃度低至0. 05mg/L時(shí)，改性蒙脫土對(duì)他們的吸附效果依然較好，吸附容 量平均達(dá)30 u g/g ；阿特拉津和硝基苯濃度低至0. 5mg/L時(shí)，吸附容量分別為220 u g/g和 350u g/go本發(fā)明并不限于以上實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種改性的蒙脫土的制備方法，其步驟為(1)將鈣(鈉)基蒙脫土置于磁質(zhì)坩堝中，在馬弗爐中以600±10℃恒溫煅燒8-24小時(shí)；(2)然后爐溫降至105℃時(shí)取出保存在干燥器中備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性的蒙脫土的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述 的鈣(鈉)基蒙脫土粒徑不大于0. 1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性的蒙脫土的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述 的煅燒升溫程序如下以2 5°C /min逐漸升至600°C。
4.權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的改性的蒙脫土的制備方法制備得到的改性的蒙脫土。
5.權(quán)利要求4中所述的改性的蒙脫土作為去除水體系中有機(jī)污染物吸附劑的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改性的蒙脫土及其制備方法和應(yīng)用。其制備方法步驟為將鈣(鈉)基蒙脫土置于磁質(zhì)坩堝中，在馬弗爐中以600±10℃恒溫煅燒8-24小時(shí)；然后爐溫降至105℃時(shí)取出保存在干燥器中備用。所制備得到的改性的蒙脫土用于有機(jī)污染物吸附時(shí)，吸附效果好。本發(fā)明制備步驟簡(jiǎn)單，操作技術(shù)要求不高，所選用原蒙脫土為商用品，可直接購(gòu)得，價(jià)廉。
文檔編號(hào)B01J20/16GK101850238SQ20091026423
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者何歡, 孫成, 張娟, 王永花, 王磊, 郭會(huì)琴, 陳廣春 申請(qǐng)人:南京大學(xué)