專利名稱：一種有機改性膨脹蛭石的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料和環(huán)境礦物材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用兩性離子表面活性劑有機改性的膨脹蛭石及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油開采、儲存、運輸量大大增加，導(dǎo)致我國近年來溢油事件、有機污染事件頻繁發(fā)生，環(huán)境問題日益突出，各種事故發(fā)生后大量油類物質(zhì)和有毒有害有機物向周圍土壤、水體遷移擴散，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境、人民健康及社會安全產(chǎn)生。在溢油處理中，吸附法是一種重要的物理化學(xué)方法。聚乙烯、聚氨脂泡沫、聚苯乙烯纖維以及一些天然吸附劑如麥稈、玉米棒、木質(zhì)纖維、鋸末乃至動物毛發(fā)等也被用于溢油污染的防治，這些天然吸附劑具有經(jīng)濟、可生物降解的優(yōu)點，但浮性差、吸油率低，疏水性也相對較差。因此，研制選擇性好、易再生、易收集、價格低廉以及環(huán)境友好型吸附劑是溢油污染處理的一個重要目標(biāo)。蛭石是一種天然、無毒的礦物質(zhì)，是一種儲量豐富，價格低廉的非金屬礦產(chǎn)資源。 蛭石是由硅氧四面體和鋁氧八面體組成的2:1型的層狀鋁硅酸鹽礦物，層間域中含有水分子和可交換的陽離子，具有良好的陽離子交換性和吸附性。由于蛭石層間大量水分子的存在，在高溫作用下會迅速汽化膨脹，導(dǎo)致片層撐開。蛭石受熱膨脹后體積可增大15 25倍， 甚至可以達到40倍。因此膨脹蛭石的相對密度小，是最輕的礦物之一。大顆粒膨脹蛭石由于疏松的結(jié)構(gòu)，投入水體中可長時間浮于水面，方便機械捕撈和分離。天然蛭石和膨脹蛭石具有較強的極性表面，因此表面親水憎油，但通過一定的有機表面活性劑的改性，能夠?qū)⑵浔砻媸杷蕴岣撸岣邔τ袡C烴類碳氫化合物、脂類等有機化合物的吸附、容留以及固定能力，可用于對溢油、漏油等污染的及時控制以及含油廢水的處理，提高吸附效率，簡化處理工序吸附能力。近年來出現(xiàn)的對蛭石有機改性的報道和專利主要集中于對蛭石原礦礦粉的插層改性，而對于大粒徑膨脹蛭石有機改性研究尚未見報道。傳統(tǒng)的有機改性蛭石的研究在環(huán)境治理與修復(fù)方面的使用并不令人滿意。首先，有機改性采用的多為具有較大生物毒性的陽離子型表面活性劑，有一定的環(huán)境危害性。再者，改性對象為蛭石原礦，不僅顆粒細小，插層改性困難，而且用于污水處理時固液分離也十分不便。因此，針對漂浮的溢油污染，開發(fā)出具有更佳吸附效果、易于打撈分離、更經(jīng)濟和環(huán)保的有機改性蛭石是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種有機改性膨脹蛭石。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種有機改性膨脹蛭石，其制備方法包括如下步驟
1)加熱天然蛭石，自然冷卻后制得膨脹蛭石；
2)將膨脹蛭石投入水中，制得穩(wěn)定的膨脹蛭石懸浮液；
3)往膨脹蛭石懸濁液中緩慢加入兩性離子表面活性劑的水溶液，同時攪拌1(Γ300min ；
4)將上一步所制得產(chǎn)物過濾，室溫下晾干，獲得有機改性膨脹蛭石。優(yōu)選的所述的天然蛭石粒徑彡2 mm。優(yōu)選的加熱溫度為30(T550°C，時間為10 120 min。優(yōu)選的所述的兩性離子表面活性劑的水溶液中，兩性離子表面活性劑質(zhì)量為膨脹蛭石質(zhì)量的5°/Γ50%。優(yōu)選的所述的兩性離子表面活性劑分子在PH為3 11條件下同時具有陰陽兩性
1 子。優(yōu)選的所述的兩性離子表面活性劑是磺基甜菜堿(RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-),式中，R為12 18個碳原子長度的烷基。優(yōu)選的使用的兩性離子表面活性劑是3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜堿、3-磺丙基十四烷基二甲基甜菜堿、3-磺丙基十六烷基二甲基甜菜堿、3-磺丙基十八烷基二甲基甜菜堿。優(yōu)選的用該有機改性膨脹蛭石作為溢油污染吸附材料，投入水體中114小時后機械打撈回收。本發(fā)明的有益效果是制得的有機改性膨脹蛭石不僅對有機烴類碳氫化合物、脂類等有機化合物的吸附、容留以及固定能力大大增強，而且相對密度小，投入水體中可浮于水面，方便機械捕撈，能很好的運用于溢油處理中。且制備不需經(jīng)過復(fù)雜的合成過程，通過膨脹蛭石與兩性離子表面活性劑在溫和反應(yīng)條件下即可進行，無需添加酸堿介質(zhì)，且蛭石和所選用的兩性離子表面活性劑均為環(huán)境友好型物質(zhì)，整體制備過程低能耗無污染。
具體實施例方式此發(fā)明通過將大顆粒天然蛭石煅燒制得膨脹蛭石，再將兩性離子表面活性劑通過插層反應(yīng)引入到膨脹蛭石層間而獲得兩性離子表面活性劑改性膨脹蛭石，制得的改性膨脹蛭石可以應(yīng)用于溢油處理。實施例1
1)將粒徑為3mm的天然蛭石在450°C溫度下加熱lh，自然冷卻，制得膨脹蛭石；
2)稱取30g膨脹蛭石投入200ml水中浸泡證，制得穩(wěn)定的膨脹蛭石懸浮液；
3)往膨脹蛭石懸浮液中緩慢加入含有3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜堿9g的水溶液， 同時攪拌2h ；
4)將上一步所制得產(chǎn)物過濾，室溫下晾干，獲得有機改性膨脹蛭石。實施例2:
1)將粒徑為5mm的天然蛭石在400°C溫度下加熱2h，自然冷卻，制得膨脹蛭石；
2)稱取30g膨脹蛭石投入200ml水中浸泡證，制得穩(wěn)定的膨脹蛭石懸浮液；
3)往膨脹蛭石懸浮液中緩慢加入含有3-磺丙基十四烷基二甲基甜菜堿12g的水溶液， 同時攪拌3h ；
4)將上一步所制得產(chǎn)物過濾，室溫下晾干，獲得有機改性膨脹蛭石。實施例3:
1)將粒徑為4mm的天然蛭石在500°C溫度下加熱lh，自然冷卻，制得膨脹蛭石；2)稱取30g膨脹蛭石投入200ml水中浸泡證，制得穩(wěn)定的膨脹蛭石懸浮液；
3)往膨脹蛭石懸浮液中緩慢加入含有3-磺丙基十六烷基二甲基甜菜堿6g的水溶液， 同時攪拌2h ；
4)將上一步所制得產(chǎn)物過濾，室溫下晾干，獲得有機改性膨脹蛭石。實施例4:
1)將粒徑為2mm的天然蛭石在300°C溫度下加熱2h，自然冷卻，制得膨脹蛭石；
2)稱取30g膨脹蛭石投入200ml水中浸泡4h，制得穩(wěn)定的膨脹蛭石懸浮液；
3)往膨脹蛭石懸浮液中緩慢加入含有3-磺丙基十八烷基二甲基甜菜堿15g的水溶液， 同時攪拌3h ；
4)將上一步所制得產(chǎn)物過濾，室溫下晾干，獲得有機改性膨脹蛭石。實施例5
常溫下，分別取2 g 3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜堿(SB-12)改性的有機膨脹蛭石加入裝有汽油、煤油和重油100 g的燒杯中，30 min后吸油達到平衡，用篩網(wǎng)濾干，測其飽和吸油量。經(jīng)檢測，對汽油、煤油和重油的吸油量分別為5、15和35 g/g，有明顯的固定截留效^ ο實施例6:
常溫下，取100 ml的石油倒入于水槽中，充分?jǐn)嚢枋顾杏皖愡_到飽和，配制成模擬溢油污染水體1000 ml，靜止一段時間，水體表面形成一層油膜，然后向其表面潑灑20 g 3-磺丙基十六烷基二甲基甜菜堿改性的有機膨脹蛭石，靜置120 min后，水面油膜消失，水面浮油基本被吸附固定。將有機膨脹蛭石繼續(xù)浸泡4飛h后，過濾，水中浮油被去除，再測定水體中溶解油的濃度。經(jīng)檢測，對水中的溶解油的去除率也達到71%。實施例7
常溫下，分別取2g 3-磺丙基十六烷基二甲基甜菜堿改性的有機膨脹蛭石加入裝有苯、甲苯、二甲苯和硝基苯的燒杯中，達到吸附平衡后，經(jīng)檢測有機膨脹蛭石對苯、甲苯、二甲苯和硝基苯的截留量分別可達6、4、5、15 g/g。實施例8
稱取3-磺丙基十八烷基二甲基甜菜堿改性的有機膨脹蛭石0.2 g于25 ml離心瓶中， 再加入20 ml初始硝基苯溶液，常溫下恒溫振蕩6h，離心后測定上清液中硝基苯的濃度，經(jīng)檢測，有機膨脹蛭石的吸附量可達到577 mg/g，能夠有效的吸附溶解于水中的硝基苯。用該發(fā)明方法所制得的有機改性膨脹蛭石對含有苯、甲苯、二甲苯和硝基苯的有機液體以及汽油煤油和重油的混合液等受污染水體的處理效果優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種有機改性膨脹蛭石，其制備方法包括如下步驟1)加熱天然蛭石，自然冷卻后制得膨脹蛭石；2)將膨脹蛭石投入水中，制得穩(wěn)定的膨脹蛭石懸浮液；3)往膨脹蛭石懸濁液中緩慢加入兩性離子表面活性劑的水溶液，同時攪拌1(Γ300min ；4)將上一步所制得產(chǎn)物過濾，室溫下晾干，獲得有機改性膨脹蛭石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機改性膨脹蛭石，其特征在于所述的天然蛭石粒徑 ^ 2 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機改性膨脹蛭石，其特征在于加熱溫度為 30(T550°C，時間為 10 120 min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機改性膨脹蛭石，其特征在于所述的兩性離子表面活性劑的水溶液中，兩性離子表面活性劑質(zhì)量為膨脹蛭石質(zhì)量的59Γ50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機改性膨脹蛭石，其特征在于所述的兩性離子表面活性劑分子在ρΗ為;Tll條件下同時具有陰陽兩性離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機改性膨脹蛭石，其特征在于所述的兩性離子表面活性劑是磺基甜菜堿，其化學(xué)式為RN+ (CH3) 2CH2CH2CH2S03_，式中，R為12 18個碳原子長度的焼基。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種有機改性膨脹蛭石，其特征在于使用的兩性離子表面活性劑是3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜堿、3-磺丙基十四烷基二甲基甜菜堿、3-磺丙基十六烷基二甲基甜菜堿、3-磺丙基十八烷基二甲基甜菜堿。
8.—種溢油污染的處理方法，其特征在于用權(quán)利要求廣7任意一項所述的蛭石作為吸附材料，投入水體中H4小時后機械打撈回收。
全文摘要
本發(fā)明一種有機改性膨脹蛭石，技術(shù)方案為加熱天然蛭石，自然冷卻后制得膨脹蛭石；將膨脹蛭石投入水中，制得穩(wěn)定的膨脹蛭石懸浮液；往膨脹蛭石懸濁液中緩慢加入兩性離子表面活性劑的水溶液，同時攪拌10~300min；將上一步所制得產(chǎn)物過濾，室溫下晾干，獲得有機改性膨脹蛭石。該蛭石不僅對有機烴類碳氫化合物、脂類等有機化合物的吸附、容留以及固定能力大大增強，且相對密度小，投入水體中可浮于水面，方便機械捕撈，能很好的運用于溢油處理中。制備不需經(jīng)過復(fù)雜的合成過程，通過膨脹蛭石與兩性離子表面活性劑在溫和反應(yīng)條件下即可進行，無需添加酸堿介質(zhì)，蛭石和所選用的兩性離子表面活性劑均為環(huán)境友好型物質(zhì)，整體制備過程低能耗無污染。
文檔編號B01J20/30GK102350301SQ20111018667
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者何宏平, 卿艷紅, 朱建喜, 朱潤良, 王通, 袁鵬, 陶奇, 魏景明 申請人:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所