專利名稱：一種納米孔徑顆粒狀吸附劑及其制備與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能高效吸附飲用水中微污染物的納米孔徑顆粒狀吸附劑及其制
備與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，在飲用水的凈水領(lǐng)域中，吸附法尤其是吸附材料的研究和開發(fā)得到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。而現(xiàn)有的吸附材料，如活性炭，難以滿足高效吸附多種污染物，達到節(jié)能減排， 經(jīng)濟與環(huán)境良性循環(huán)的要求。近年來，國內(nèi)外學(xué)者不斷尋找新型吸附材料，并試圖在吸附材料中復(fù)合其他功能的材料、試劑，以提高吸附效能。根據(jù)研究(膨潤土物化性能及其開發(fā)利用)報道，新型膨潤土凈水劑是以膨潤土、氫氧化鋁為主要原料，并加入助劑、酸、水等經(jīng)過低溫活化而成。氫氧化鋁和酸在一定程度上提高了膨潤土的絮凝作用和吸附性能，使其能有效去除水中的懸浮物、色度和濁度。其不足在于(I)粉末狀膨潤土在使用過程中易殘留固體顆粒，不易過濾，造成飲用水的二次污染；(2)對水中有機物、重金屬等的吸附效果欠佳；(3)制備工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制作工藝簡單穩(wěn)定的，固定化程度高的，環(huán)境友好型的，生產(chǎn)成本低廉且吸附范圍廣泛的納米孔徑型顆粒狀吸附劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種納米孔徑顆粒狀吸附劑，以質(zhì)量比為I : I 10的膨潤土和殼聚糖為主要原料，按照如下方法制備得到(I)取配方量的膨潤土和殼聚糖，混合均勻，以適量O. 8% 2. 4% (w/w)醋酸溶液溶解，得到混合液；醋酸溶液用量以剛好將原料溶解為宜，得到混合液為稠狀物；(2)將步驟(I)混合液于攪拌下逐滴滴入固定液中，制成均勻顆粒小球；所述固定液為30% 40% (w/w)氫氧化鈉和無水乙醇體積比I : 5 20的混合液；(3)將步驟⑵制得的顆粒小球漂洗至中性，干燥，即得所述納米孔徑顆粒狀吸附劑。本發(fā)明吸附劑為顆粒小球狀，可根據(jù)實際要求設(shè)計顆粒的形狀和尺寸大小。本發(fā)明還涉及所述納米孔徑顆粒狀吸附劑的制備方法，所述方法如下(I)取質(zhì)量比為I : I 10的膨潤土和殼聚糖，混合均勻，以O(shè). 8% 2.4% 醋酸溶液溶解，得到混合液；所述醋酸溶液用量與膨潤土和殼聚糖總用量之比為30 IlOmL : 3g ；(2)將步驟(I)混合液于攪拌下逐滴滴入固定液中，制成均勻顆粒小球；所述固定液為30% 40%氫氧化鈉和無水乙醇體積比I : 5 20的混合液；(3)將步驟⑵制得的顆粒小球漂洗至中性，干燥，即得所述納米孔徑顆粒狀吸附劑。
優(yōu)選的，所述固定液為40%氫氧化鈉和無水乙醇體積比I : 10的混合液。具體的，所述干燥為室溫風(fēng)干12 24小時，或烘箱60°C烘干2 4小時。本發(fā)明還涉及所述的納米孔徑顆粒狀吸附劑在制備飲用水凈化裝置中的應(yīng)用。具體可用于飲用水中微量重金屬和大分子有機物的吸附及其相關(guān)凈化裝置的核心材料。本發(fā)明方法制備的納米孔徑顆粒狀吸附劑與現(xiàn)有的吸附劑相比使用過程中易除去，不會造成二次污染；制備工藝簡單穩(wěn)定；顆粒狀吸附劑成型體強度好；所選材料具有良好的物化性質(zhì)，均具有較大的比表面積。膨潤土素有“萬能”粘土之稱，具有較強的陽離子交換能力和吸附能力，其強大的吸濕性，能吸附相當(dāng)于自身體積8 20倍的水而膨脹至30 倍。作為天然的礦產(chǎn)資源，其分布廣泛，價格低廉，雖研究起步較晚，但在凈水領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景；殼聚糖作為一種天然高分子聚合物，無毒、易生物降解，不會造成二次污染且資源豐富，它含有大量的羥基和氨基，可以通過氫鍵、共價鍵或配位鍵與有機分子牢固結(jié)合將其從水溶液中去除，并兼有電中和絮凝和吸附絮凝的雙重作用。兩種吸附材料的聯(lián)合作用能能夠去除更大范圍的有機化合物。本發(fā)明方法制備的納米孔徑顆粒狀吸附劑與國外的吸附劑相比⑴基質(zhì)材料天然、無毒、易生物降解且具有較強的吸附性能；(2)所用材料有較強的吸附能力，有利于提高吸附效能，作為天然礦產(chǎn)資源，其在中國分布極為廣泛，經(jīng)濟成本低；(3)本吸附劑清潔、 安全、不會造成二次污染；(4)本發(fā)明吸附劑在使用過程中不需要再活化，可節(jié)省一套密閉設(shè)備和電能。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在本發(fā)明克服了現(xiàn)有復(fù)合吸附劑制備工藝復(fù)雜、對飲用水中微污染物的吸附效果欠佳、易造成二次污染的缺點，提供了一種納米孔徑顆粒狀吸附劑，它制作工藝簡單穩(wěn)定，所選吸附材料分布廣泛，其聯(lián)合作用能高效吸附水中的重金屬、酚類化合物、高分子有機物等，能實現(xiàn)環(huán)境-經(jīng)濟的良性循環(huán)。


圖I是實施例I制備吸附劑的外觀圖。圖2是實施例I制備吸附劑的掃描電子顯微鏡照片。圖3是實施例I制備吸附劑的N2吸附/脫附等溫線。圖4是實施例I制備的吸附劑的孔徑分布圖。圖5是不同材料比例的吸附劑對重金屬的吸附效果。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此實施例I :(I)稱取3g比例為I : I的膨潤土和殼聚糖混合物，混合均勻；(2)將上述混合物加入I. 2% (w/w)的醋酸溶解液中溶解成稠狀物；(3)將上述稠狀物緩慢滴入50mL由40% (w/w)氫氧化鈉和無水乙醇按體積比I : 5組成的堿性固化液中成球型顆粒狀；(4)將此成型的吸附劑用蒸餾水漂洗至中性，干燥后即得納米孔徑顆粒狀吸附劑成品。圖I為實施例I制備的納米孔徑顆粒狀吸附劑的成品效果。
圖2為實施例I制備吸附劑的掃描電子顯微鏡照片，本吸附劑表面粗糙程度高 (放大倍數(shù)為3000倍)，且孔容較大，有利于對重金屬和有機物的吸附。圖3為實施例I制備吸附劑的N2吸附/脫附等溫線，圖中可以看出N2與吸附劑表面的吸附以多分子層吸附開始，當(dāng)壓力接近飽和蒸汽壓時，曲線呈現(xiàn)平行于縱軸的漸近線， 吸附和脫附線斜率較大，由N2與吸附等溫線計算可知，本發(fā)明方法制備的吸附劑比表面積為298m2/g。該吸附劑的孔徑分布如圖4所述，有圖可知該吸附劑的孔徑均分布在I 20nm 之間，屬于典型的納米材料。實施例2 (I)稱取3g比例為I : 3的膨潤土和殼聚糖混合物，混合均勻；(2)將上述混合物加入I. 2%的醋酸溶解液中溶解成稠狀物；(3)將上述稠狀物緩慢滴入80mL由40%氫氧化鈉和無水乙醇按體積比I : 10組成的堿性固化液中成球型顆粒狀；(4)將此成型的吸附劑用蒸餾水漂洗至中性，干燥后即得納米孔徑顆粒狀吸附劑成品。實施例3 (I)稱取3g比例為I : 8的膨潤土和殼聚糖混合物，混合均勻；(2)將上述混合物加入I. 2%的醋酸溶解液中溶解成稠狀物；(3)將上述稠狀物緩慢滴入IOOmL由40%氫氧化鈉和無水乙醇按體積比I : 15組成的堿性固化液中成球型顆粒狀；(4)將此成型的吸附劑用蒸餾水漂洗至中性，干燥后即得納米孔徑顆粒狀吸附劑成品。實施例4 (I)稱取3g比例為I : 10的膨潤土和殼聚糖混合物，混合均勻；(2)將上述混合物加入I. 2%的醋酸溶解液中溶解成稠狀物；(3)將上述稠狀物緩慢滴入IlOmL由40%氫氧化鈉和無水乙醇按體積比I : 20組成的堿性固化液中成球型顆粒狀；(4)將此成型的吸附劑用蒸餾水漂洗至中性，干燥后即得納米孔徑顆粒狀吸附劑成品。實施例5 :不同材料比例吸附劑對典型重金屬和有機物的吸附效果比較分別另取取質(zhì)量比為2 1、1 2、1 4、1 5、1 6、1 7、1 9的膨潤土和殼聚糖原料，按照實施例I方法制成吸附劑產(chǎn)品，并將實施例I 4制得的吸附劑成品同上述產(chǎn)品一起，分別進行典型重金屬和有機物的吸附效果檢測，結(jié)果見圖5和表I。表I :不同材料比例的吸附劑對苯酚的吸附效果
項目膨潤土與殼聚糖比例
權(quán)利要求
1.一種納米孔徑顆粒狀吸附劑，以質(zhì)量比為I : I 10的膨潤土和殼聚糖為主要原料，按照如下方法制備得到(1)取配方量的膨潤土和殼聚糖，混合均勻，以適量O.8% 2. 4%醋酸溶液溶解，得到混合液；(2)將步驟(I)混合液于攪拌下逐滴滴入固定液中，制成均勻顆粒小球；所述固定液為 30% 40%氫氧化鈉和無水乙醇體積比I : 5 20的混合液；(3)將步驟(2)制得的顆粒小球漂洗至中性，干燥，即得所述納米孔徑顆粒狀吸附劑。
2.—種納米孔徑顆粒狀吸附劑的制備方法，所述方法如下(1)取質(zhì)量比為I: I 10的膨潤土和殼聚糖，混合均勻，以O(shè). 8% 2. 4%醋酸溶液溶解，得到混合液；所述醋酸溶液用量與膨潤土和殼聚糖總用量之比為30 IlOmL 3g；(2)將步驟(I)混合液于攪拌下逐滴滴入固定液中，制成均勻顆粒小球；所述固定液為 30% 40%氫氧化鈉和無水乙醇體積比I : 5 20的混合液；(3)將步驟(2)制得的顆粒小球漂洗至中性，干燥，即得所述納米孔徑顆粒狀吸附劑。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述固定液為40%氫氧化鈉和無水乙醇體積比I : 10的混合液。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述干燥為室溫風(fēng)干12 24小時，或烘箱 60°C烘干2 4小時。
5.如權(quán)利要求I所述的納米孔徑顆粒狀吸附劑在制備飲用水凈化裝置中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米孔徑顆粒狀吸附劑及其制備方法及其應(yīng)用，所述方法包括以下步驟(1)稱取一定比例的膨潤土和殼聚糖混合物，混合均勻；(2)將上述混合物加入酸性溶解液中溶解均勻得到稠狀物待用；(3)將上述稠狀物按實際需求緩慢滴入固定液中成型；(4)將成型的吸附劑用蒸餾水漂洗至中性，干燥后即得成品吸附劑。本發(fā)明方法制備的納米孔徑顆粒狀吸附劑克服了粉末狀膨潤土吸附效果欠佳、粘粒不易發(fā)生絮凝、不易去除、易造成二次污染等不足，其制備工藝簡單穩(wěn)定，顆粒狀成型體強度好，所選材料經(jīng)濟成本低，能高效吸附飲用水中微量重金屬以及有機高分子等污染物，有效保證飲用水的清潔和安全性，實現(xiàn)環(huán)境-經(jīng)濟的良性循環(huán)。
文檔編號B01J20/30GK102580690SQ20121005631
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者葉斌暉, 張密, 張杭君, 胡賜明, 賈秀英 申請人:杭州師范大學(xué)