專(zhuān)利名稱：多功能坡縷石基吸附材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合吸附材料，尤其涉及一種以坡縷石 (PGS)為載體的多功能坡縷石基吸附材料。
背景技術(shù)：
目前，隨著鋼鐵、煉油、石油化工、塑料、合成纖維等工業(yè)的迅速發(fā)展，含酚廢水的種類(lèi)與數(shù)量也日益增加。當(dāng)廢水中酚類(lèi)化合物的濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)對(duì)生物帶來(lái)明顯的毒害性。 含酚廢水的處理方法主要有萃取法、生物降解法、吸附法和光催化降解法等，其中吸附法是一種高、低濃度廢水均適用的物理化學(xué)方法，且不引入新污染物，能有效地處理含酚廢水。 吸附劑的種類(lèi)很多，其中粘土礦物吸附劑是國(guó)內(nèi)外都十分關(guān)注的廉價(jià)吸附材料。我國(guó)坡縷石粘土儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，應(yīng)用于工業(yè)廢水深度處理具有成本低、效果好等優(yōu)點(diǎn)。坡縷石作為一種新型吸附材料，近年來(lái)在水處理方面得到了廣泛應(yīng)用。但是坡縷石具有較大的表面積，由于其強(qiáng)親水性導(dǎo)致它對(duì)有機(jī)污染物的親和力較弱。因此，需要對(duì)坡縷石進(jìn)行親油性即有機(jī)化改性，對(duì)坡縷石有機(jī)改性研究較多的是利用一些表面活性劑如十八烷基三甲基氯化銨，聚二甲基二烯丙基氯化銨，十六烷基三甲基溴化銨等對(duì)坡縷石進(jìn)行了改性，然后吸附微污染水中苯酚和水溶性染料活性紅MF-3B，研究發(fā)現(xiàn)，改性坡縷石對(duì)微污染水中苯酚和染料活性紅MFIB具有較強(qiáng)的吸附能力，然而表面活性劑改性方法存在方法繁瑣、成本較高，后處理麻煩等缺點(diǎn)?！稄V州環(huán)境科學(xué)》2007，22(3):6_20，改性凹凸棒土對(duì)染料廢水脫色初步實(shí)驗(yàn)[J] 公開(kāi)了以凹凸棒土為原料，通過(guò)復(fù)配造粒、熱處理的方法對(duì)凹凸棒土進(jìn)行改性，并用改性后的凹凸棒土對(duì)染料廢水進(jìn)行處理。《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》2009( 131-132，凹凸棒石-淀粉顆粒吸附劑的制備及在廢水處理中的應(yīng)用[J]通過(guò)研究造粒添加劑的種類(lèi)、煅燒溫度和保溫時(shí)間等因素對(duì)凹凸棒石-淀粉顆粒脫色性的影響，結(jié)果表明，復(fù)配的凹凸棒石顆粒用于脫色處理效果良好，但應(yīng)用領(lǐng)域較窄。《廣東化工》2010，37(1): 20-22.凹凸棒活性炭復(fù)合濾料對(duì)剛果紅的吸附性能研究[J]，其以凹凸棒活性炭復(fù)合濾料處理原水中的剛果紅；凹凸棒活性炭復(fù)合濾料對(duì)剛果紅的去除率隨著剛果紅溶液濃度的增加先增大后下降，吸附劑的投加量難以控制。《化工新型材料》，2008，36(11) :87-90.凹凸棒石/C復(fù)合材料的制備及其對(duì)苯酚的吸附性能研究[J]以葡萄糖為改性劑提供了一種低廉的凹凸棒有機(jī)改性方法，但該產(chǎn)品缺點(diǎn)是去除的目標(biāo)污染物物單一，對(duì)酚類(lèi)化合物的去除率也不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種吸附能力強(qiáng)的多功能化坡縷石基吸附材料。一、多功能坡縷石基吸附材料的制備
本發(fā)明的多功能坡縷石基吸附材料，是將坡縷石經(jīng)稀鹽酸攪拌處理、洗滌，烘干，粉碎后得到的酸化坡縷石與復(fù)合碳源以1:廣1:10的重量比溶于水中，在六水合硫酸亞鐵銨的作用下，采用20 40KHz超聲波處理l(T20min，形成懸浮溶液；過(guò)濾，干燥；然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于16(T200°C下焙燒廣4h，研磨，得到黑色吸附劑。所述復(fù)合碳源由蔗糖、β-環(huán)糊精、殼聚糖以1:0.5:0.51:10:20的重量比復(fù)配而成。所述六水合硫酸亞鐵銨的用量為復(fù)合碳源重量的20、0%。二、吸附材料的表征
下面通過(guò)X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、紅外吸收光譜(IR)、熱重(TG)等手段對(duì)本發(fā)明制備的復(fù)合吸附材料進(jìn)行表征，并進(jìn)行吸附性能測(cè)試。UX 射線衍射(XRD)


圖1分別是坡縷石粘土、坡縷石/碳源復(fù)合材料以及碳源碳化后產(chǎn)物的XRD圖譜。與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照可知180°C處理坡縷石/碳源后產(chǎn)物XRD圖譜(圖Ι-b)與天然坡縷石粘土 (圖Ι-a)相比，主要以坡縷石為主，另外還含少量的雜質(zhì)(石英)，說(shuō)明處理后坡縷石晶體結(jié)構(gòu)基本保持不變。坡縷石/碳復(fù)合物碳化后，坡縷石的特征衍射峰略有升高，出現(xiàn)如圖1-c 中碳化后形成的無(wú)定形碳的寬化衍射峰。原因可能為無(wú)定形碳的衍射峰強(qiáng)度很大，并且是寬峰，和無(wú)定形碳的衍射峰重疊。2、掃描電鏡(SEM)
圖2為本發(fā)明制備的坡縷石基吸附材料的掃描電鏡(SEM)。圖2-a為坡縷石石SEM照片，坡縷石的原有形貌，直徑25飛Onm ；圖2-b是純碳源碳化產(chǎn)物的掃描照片，產(chǎn)物為直徑范圍5 7μπι的碳微球；圖2-c為坡縷石/碳源碳化后產(chǎn)物的掃描電鏡照片。從圖c可以看出，坡縷石纖維束表面附著很多類(lèi)球狀的納米碳，其直徑范圍2(T35nm，并且在坡縷石黏土表面負(fù)載較均勻。與b圖相比，復(fù)合材料中c的直徑較小(2(T35nm)，由于反應(yīng)過(guò)程中坡縷石的納米纖維束抑制了碳球的生長(zhǎng)，使得表面附著的無(wú)定形碳直徑較小。3、紅外吸收光譜(IR)
圖3為本發(fā)明制備的坡縷石基吸附材料的紅外吸收光譜(IR)。圖3-a為坡縷石的紅外吸收光譜。坡縷石在^^。^—1左右并沒(méi)有峰出現(xiàn)。圖3-b為復(fù)合材料的紅外譜圖。由于有機(jī)碳的存在，坡縷石在^23(3!^1處出現(xiàn)了飽和C-H伸縮振動(dòng)吸收。通過(guò)頂光譜比較分析， 坡縷石表面含有C-H官能團(tuán)，說(shuō)明復(fù)合材料具有一定親有機(jī)性。4、熱重曲線(TG)
圖4為本發(fā)明制備的坡縷石基吸附材料的熱重曲線(TG)。圖4-a為坡縷石的熱重圖， 失重為18%。圖4-b為復(fù)合材料的熱重圖失重為56%，比較可以說(shuō)明坡縷石上負(fù)載了一定量的有機(jī)碳。上述結(jié)果表明，坡縷石表面成功負(fù)載了均勻的碳顆粒。復(fù)合碳源碳化后以無(wú)定形碳負(fù)載在坡縷石表面，其直徑為2(T35nm，使得坡縷石表面含有C-H有機(jī)官能團(tuán)，使復(fù)合材料具有一定的親有機(jī)性。三、吸附性能的測(cè)定
1、對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力
測(cè)定方法取苯酚為目標(biāo)污染物，考察坡縷石基吸附材料對(duì)苯酚的吸附效果。在250mL 碘量瓶中，加入50mL 5mg/L的苯酚溶液，加入PGS/C復(fù)合材料0. 5 lg，固液重量比為 1:50^1:100 (單位g)，蓋緊后，于室溫下，以一定的振蕩速度于水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩吸附池；離心，取上清夜，測(cè)定其苯酚殘留量，計(jì)算苯酚去除率。苯酚在復(fù)合材料的平衡吸附量根據(jù)下式計(jì)算
Qe = ν (c0 _ ce) / m
式中V——苯酚溶液的體積(L);
C0——苯酚溶液的初始質(zhì)量濃度(mg/L)； ce——吸附平衡后苯酚質(zhì)量濃度(mg/L)； m——吸附劑的質(zhì)量(g)。溶液中苯酚含量采用GB7490-87的4_氨基安替比林分光光度法測(cè)定。(1)酸化坡縷石與復(fù)合碳源的質(zhì)量比對(duì)PGS/C復(fù)合材料吸附性能的影響。實(shí)驗(yàn)1 將酸化坡縷石與復(fù)合碳源(蔗糖、β-環(huán)糊精、殼聚糖的質(zhì)量比在1:1:1) 溶于水中，在六水合硫酸亞鐵銨的作用下，采用40ΚΗζ超聲波處理lOmin，形成懸浮溶液；過(guò)濾，干燥；然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于180°C下焙燒池，研磨，得到黑色吸附劑。改變酸化坡縷石與復(fù)合碳源的質(zhì)量配比，測(cè)定PGS/C復(fù)合材料吸附性能，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。表1酸化坡縷石與復(fù)合碳源的重量比對(duì)PGS/C復(fù)合材料吸附性能的影響
PGS/C質(zhì)量比M11 -fi1 -qMO1:12苯酚去除率R%495157827540
表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著復(fù)合碳源比例增大，坡縷石晶體表面的碳層厚度也隨之增加，對(duì)坡縷石黏土的有機(jī)化改性程度更加完全，使復(fù)合材料對(duì)苯酚的去除率也隨之增強(qiáng)。但是，如果復(fù)合碳源的比重過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致坡縷石黏土被炭層完全包覆，使得復(fù)合材料對(duì)苯酚的吸附將等同于炭層對(duì)苯酚的吸附，而坡縷石起不到吸附作用，從而導(dǎo)致吸附能力下降。因此，考慮到成本、吸附材料的多功能性等問(wèn)題，將酸化坡縷石與復(fù)合碳源的質(zhì)量比即碳源濃度控制在1:廣1:10。 (2)碳源各組分的配比對(duì)PGS/C復(fù)合材料吸附性能的影響
實(shí)驗(yàn)2 將酸化坡縷石與復(fù)合碳源以1: 9溶于水中，在六水合硫酸亞鐵銨的作用下，采用40KHz超聲波處理lOmin，形成懸浮溶液；過(guò)濾，干燥；然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于180°C下焙燒池，研磨，得到黑色吸附劑。改變復(fù)合碳源蔗糖、β-環(huán)糊精、殼聚糖的比例，測(cè)定PGS/C 復(fù)合材料吸附性能。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。 表2不同比例復(fù)配碳源對(duì)吸附材料吸附能力的影響
蔗糖、e-環(huán)糊精、殼聚糖重量比2:1:12:2:11:1:11:5:101:10:101:10:20苯酚去除率R%506382786555
表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，復(fù)合碳源中各組分的配比對(duì)PGS/C復(fù)合材料吸附性能的影響較大。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)復(fù)合碳源中蔗糖、β-環(huán)糊精、殼聚糖以1:0.5:0.51:10:20的重量比復(fù)配時(shí)，在相同條件下，得到的復(fù)合材料對(duì)苯酚的去除率較高。 (3)反應(yīng)溫度對(duì)PGS/C復(fù)合材料吸附能力的影響
實(shí)驗(yàn)3 將酸化坡縷石與復(fù)合碳源以1: 9溶于水中，在六水合硫酸亞鐵銨的作用下，采用40ΚΗζ超聲波處理lOmin，形成懸浮溶液；過(guò)濾，干燥；然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于12(T220°C 下焙燒池，研磨，得到黑色吸附劑。測(cè)定不同溫度下得到的PGS/C復(fù)合材料的吸附性能。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3反應(yīng)溫度對(duì)PGS/C復(fù)合材料吸附性能的影響
權(quán)利要求
1. 一種多功能坡縷石基吸附材料，是將坡縷石經(jīng)稀鹽酸攪拌處理、洗滌，烘干，粉碎后得到的酸化坡縷石與復(fù)合碳源以1:廣1:10的重量比溶于水中，在六水合硫酸亞鐵銨的作用下，采用2(Γ40ΚΗζ超聲波處理l(T20min，形成懸浮溶液；過(guò)濾，干燥；然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 于16(T200°C下焙燒廣4h，研磨，得到黑色吸附劑；所述復(fù)合碳源由蔗糖、環(huán)糊精、殼聚糖以1:0.5:0. 5^1:10:20的重量比復(fù)配而成； 所述六水合硫酸亞鐵銨的用量為復(fù)合碳源重量的209Γ40%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多功能坡縷石基吸附材料，其以坡縷石黏土作載體，蔗糖，β-環(huán)糊精、殼聚糖的復(fù)合物為碳源，六水合硫酸亞鐵銨為催化劑，采用直接焙燒法制備而得。實(shí)驗(yàn)證明，該復(fù)合材料同時(shí)具有高效去除有機(jī)物、重金屬離子、顏色及臭味的能力，因此，在處理有毒有機(jī)物、重金屬離子和染料等廢水方面有很大的應(yīng)用潛力。
文檔編號(hào)B01J20/22GK102188952SQ20111012245
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者張哲 , 張惠怡, 武戰(zhàn)翠, 沈智, 王其召, 雷自強(qiáng), 馬國(guó)富 申請(qǐng)人:西北師范大學(xué)