專利名稱：水處理材料磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理材料磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土的制備方法。
背景技術(shù)：
我國水資源短缺，水體污染日趨嚴(yán)重。如2003年，全國廢水排放總量為460.0億噸，比上年增加4.7％。其中工業(yè)廢水排放量212.4億噸，占廢水排放總量的46.2％，比上年增加2.5％；城鎮(zhèn)生活污水排放量247.6億噸，占廢水排放總量的53.8％，比上年增加6.6％。廢水中化學(xué)需氧量排放量1333.6萬噸。
目前我國工業(yè)和城市生活廢水一般是混合后集中處理，導(dǎo)致污水中同時(shí)含有大量的有機(jī)污染物、磷酸鹽和各種其它污染物，污水處理工藝復(fù)雜且效率不高。常規(guī)的污水處理工藝一般利用生物和化學(xué)相結(jié)合的方法除磷，但一般的生物除磷法對磷的去除只有65％左右，難以徹底去除磷酸根等導(dǎo)致富營養(yǎng)化物質(zhì)。研究表明，當(dāng)湖泊中磷酸根的濃度達(dá)到0.03mg/L可以引起富營養(yǎng)化。城市污水處理中常用的生化處理法雖然可以較大程度的減小廢水COD量，但掩蓋了其中的多環(huán)芳烴等“三致(致癌、致畸形、致突變)”物質(zhì)或劇毒物質(zhì)對生態(tài)的危害。
對于這些低濃度，難生化的污染一般是通過混凝沉淀、化學(xué)氧化等工藝去除。混凝沉淀對溶解性的難降解有機(jī)污染物去除效果較差；化學(xué)氧化對難降解有機(jī)物具有選擇性，且處理成本高，不適合處理量大面廣的城鎮(zhèn)污水。因此，污水中難降解有機(jī)污染物的吸附處理方法也同樣受到了各國環(huán)境工作者的廣泛關(guān)注。吸附法是去除低濃度磷酸根和難降解有機(jī)污染物的有效方法，其中最為關(guān)鍵的是開發(fā)高效吸附劑。
膨潤土是一種以蒙脫石(Montmorillonite)為主要礦物的粘土巖。蒙脫石的結(jié)構(gòu)特征為一種含水的層狀鋁硅酸鹽礦物，由兩個(gè)硅氧四面體中間夾一個(gè)鋁(鎂)氧(氫氧)八面體組成，屬于2∶1型的三層粘土礦物。晶層間的距離為0.96～2.14nm，這些納米片層團(tuán)聚在一起，形成幾百納米到幾微米的粘土顆粒。
由于膨潤土表面硅氧結(jié)構(gòu)極強(qiáng)的親水性以及其層間陽離子的水解，未經(jīng)改性的膨潤土吸附處理有機(jī)污染物的性能非常差。季銨鹽陽離子表面活性劑可通過離子交換作用進(jìn)入膨潤土的層間，能顯著改變膨潤土的二維納米結(jié)構(gòu)的尺寸，層間由親水性變?yōu)槭杷裕綑C(jī)理由表面吸附變?yōu)榉峙渥饔脼橹?，吸附去除水中有機(jī)污染物的效率比原土高幾十到幾百倍。另外，膨潤土層間陽離子用羥基金屬離子改性以后，其吸附酸根離子污染物的能力大大增強(qiáng)，已有研究將其用于磷酸根和砷酸根的吸附。實(shí)際環(huán)境中我們往往面臨的都是多組分的復(fù)合污染物，因此有必要用金屬離子和陽離子表面活性劑同時(shí)改性膨潤土。
一般有機(jī)改性膨潤土得到的有機(jī)膨潤土由于其表面疏水，分散性能和沉淀性能較差，在實(shí)際使用過程中難以固液分離，降低了其使用價(jià)值。無機(jī)柱撐膨潤土和其他各種改性方法雖然在分散性能方面有所改善，但在固液分離方面僅僅靠自然重力沉降，沉降速度慢，費(fèi)時(shí)并由此增大廢水處理過程中基礎(chǔ)設(shè)施及人力資本的投入。
本發(fā)明針對目前膨潤土應(yīng)用過程中的不足之處，將表面活性劑和一定比例的Fe(II)和Fe(III)在較高溫度下生成的γ-Fe2O3復(fù)合到膨潤土層間，使得膨潤土具有較強(qiáng)磁性并且能夠同時(shí)吸附有機(jī)污染物、磷酸根離子和砷酸根離子等污染物。吸附飽和之后，附加磁場可使固液迅速分離。因此，磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土可應(yīng)用于難降解有機(jī)廢水，含磷和含砷廢水處理等也可用作廢物填埋防滲添加材料，油庫的防滲墻添加材料等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水處理材料磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土的制備方法。
方法的步驟如下1)將干燥、粉碎過60-150目篩的膨潤土原土15-20g、7.8-8.2g FeCl3和3.9-4.1g FeSO4混合，加水到600-700mL，將得到的懸濁液置于70-80℃的恒溫水浴中，攪拌下滴加5-6mol/L的NaOH溶液80-100mL，滴加完畢后繼續(xù)攪拌3-4小時(shí)；2)攪拌停止后，用蒸餾水清洗沉淀物3-5次，110-120℃下烘3-4小時(shí)；3)烘干、碾磨后，加入400-600mL濃度為2mmol/L-4mmol/L陽離子表面活性劑溶液中，攪拌5-6小時(shí)，產(chǎn)物在室溫下老化10-12小時(shí)，經(jīng)數(shù)次洗滌過濾后，在60-80℃下烘干，研磨，過60-100目篩，制得磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土。
所述的陽離子表面活性劑為十二～十八烷基季銨鹽陽離子表面活性劑。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是用含鐵化合物和陽離子表面活性劑按一定的配比共同改性膨潤土。層間羥基金屬離子的存在能夠增加對磷酸根、砷酸根等陰離子的吸附能力；同時(shí)陽離子表面活性劑的存在大大提高了復(fù)合膨潤土對有機(jī)污染物的吸附能力。最為突出的優(yōu)點(diǎn)是將一定比例的Fe(II)和Fe(III)在較高溫度下生成的γ-Fe2O3復(fù)合到膨潤土層間，使得膨潤土具有較強(qiáng)磁性。在廢水處理過程中，磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土吸附飽和后，能在磁場中迅速沉淀，具有良好的固液分離效果。因此本發(fā)明的磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土能夠同時(shí)去除水中難降解有機(jī)污染物、磷酸鹽等多種污染物，并易實(shí)現(xiàn)固-液分離，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。


附圖是本發(fā)明MOB1、MOB2、MOB4磁滯回線示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將干燥、粉碎過60目篩的膨潤土原土、FeCl3和FeSO4各20g、8.2g、4.1g加入蒸餾水到700mL配成懸浮液，置于70℃恒溫水浴中，在攪拌下滴加5mol/L的NaOH溶液100mL，繼續(xù)攪拌3小時(shí)。產(chǎn)物用蒸餾水洗滌3次后在110℃下烘干，碾磨后加到600mL濃度為2mmol/L溴化十六烷基三甲基銨溶液中，攪拌5小時(shí)，在室溫老化12小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)多次洗滌過濾后，在60℃下烘干，研磨制得磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土(MOB1)。
在50mL碘量瓶中加入20mL磷酸根和菲的混合溶液，其中磷酸根的濃度為20mg/L(以PO43-計(jì))，菲的濃度為50mg/L，然后加入0.05g的MOB1，25℃恒溫振蕩2小時(shí)，分離后測定上清液中磷酸根和菲的濃度。結(jié)果表明，MOB1對菲和磷酸根的去除率分別為94.8％和86.5％，用力搖勻沉淀20min，上清液濁度為42NTU，但搖勻后在試管底部加一磁場，沉淀2min后，上清液濁度為10NTU。固-液分離時(shí)間大大縮短。
實(shí)施例2將干燥、粉碎過100目篩的膨潤土原土20g和FeCl3、FeSO4各7.9g、3.9g加入蒸餾水到600mL配成懸浮液，置于70℃恒溫水浴中，在攪拌下滴加5mol/L的NaOH溶液100mL。繼續(xù)攪拌4小時(shí)；產(chǎn)物用蒸餾水洗滌4次后在100℃下烘干，碾磨后加入400mL濃度為3mmol/L溴化十二烷基三甲基銨溶液中，攪拌5小時(shí)，在室溫老化12小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)多次洗滌過濾后，在60℃下烘干，研磨制得磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土(MOB2)。
在50mL的典量瓶中加入20mL磷酸根和乙萘酚的混合溶液，其中磷酸根的濃度為15mg/L(以PO43-計(jì))，乙萘酚的濃度為20mg/L，然后加入0.05g的MOB2，25℃恒溫振蕩2小時(shí)，離心分離后測定上清液中磷酸根和乙萘酚的濃度。結(jié)果表明，MOB2對乙萘酚和磷酸根的去除率分別為89.3％和91.5％，用力搖勻沉淀20min，上清液濁度為48NTU，但搖勻后在試管底部加一磁場，沉淀2min后，上清液濁度為11NTU。固-液分離時(shí)間大大縮短。
實(shí)施例3
將干燥、粉碎過150目篩的膨潤土原土15g和FeCl3、FeSO4各7.8g、3.9g加入蒸餾水到600mL配成懸浮液，置于80℃恒溫水浴中，在攪拌下滴加6mol/L的NaOH溶液80mL。繼續(xù)攪拌3小時(shí)；產(chǎn)物在120℃下烘干，碾磨后加入到400mL濃度為3mmol/L溴化十八烷基三甲基銨溶液中，攪拌6小時(shí)，室溫老化10小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)多次洗滌過濾后，在80℃下烘干，研磨制得磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土(MOB3)。
在50mL的典量瓶中加入20mL磷酸根和乙萘酚的混合溶液，其中磷酸根的濃度為25mg/L(以PO43-計(jì))，乙萘酚的濃度為20mg/L，然后加入0.05g的MOB3，25℃恒溫振蕩2小時(shí)，離心分離后測定上清液中磷酸根和乙萘酚的濃度。結(jié)果表明，MOB3對水中乙萘酚和磷酸根的去除率分別為80.9％和89.8％，用力搖勻沉淀20min，上清液濁度為43NTU，但是搖勻后在試管底部加一磁場，沉淀2min后，上清液濁度為13NTU。固-液分離時(shí)間大大縮短。
實(shí)施例4將干燥、粉碎過100目篩的膨潤土原土15g和FeCl3、FeSO4各8.0g、4.0g加入蒸餾水到600mL配成懸浮液，置于60℃恒溫水浴中，在攪拌下滴加6mol/L的NaOH溶液90mL。繼續(xù)攪拌3小時(shí)，產(chǎn)物在100℃下烘干，碾磨后加入到600mL濃度為5mmol/L溴化十六烷基三甲基銨溶液中，攪拌6小時(shí)，室溫老化12小時(shí)；產(chǎn)物經(jīng)多次洗滌過濾后，在80℃下烘干，研磨制得磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土(MOB4)。
在50mL的典量瓶中加入20mL磷酸根和菲的混合溶液，其中磷酸根的濃度為20mg/L(以PO43-計(jì))，菲的濃度為50mg/L，然后加入0.05g的MOB4，25℃恒溫振蕩2小時(shí)，離心分離后測定上清液中磷酸根和乙萘酚的濃度。結(jié)果表明，MOB4對水中磷酸根和菲的去除率分別為86.5％和95.8％，用力搖勻沉淀20min，上清液濁度為43NTU，但是在搖勻后在試管底部加一磁場，沉淀2min后，上清液濁度為9NTU。固-液分離時(shí)間大大縮短。
權(quán)利要求
1.一種水處理材料磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土的制備方法，其特征在于合成方法的步驟如下1)將干燥、粉碎過60-150目篩的膨潤土原土15-20g、7.8-8.2g FeCl3和3.9-4.1g FeSO4混合，加水到600-700mL，將得到的懸濁液置于70-80℃的恒溫水浴中，攪拌下滴加5-6mol/L的NaOH溶液80-100mL，滴加完畢后繼續(xù)攪拌3-4小時(shí)；2)攪拌停止后，用蒸餾水清洗沉淀物3-5次，110-120℃下烘3-4小時(shí)；3)烘干、碾磨后，加入400-600mL濃度為2mmol/L-4mmol/L陽離子表面活性劑溶液中，攪拌5-6小時(shí)，產(chǎn)物在室溫下老化10-12小時(shí)，經(jīng)數(shù)次洗滌過濾后，在60-80℃下烘干，研磨，過60-100目篩，制得磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水處理材料磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土的制備方法，其特征在于，所述的陽離子表面活性劑為十二～十八烷基季銨鹽陽離子表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水處理材料磁性復(fù)合有機(jī)膨潤土的制備方法。方法的步驟如下1)將干燥、粉碎過60－150目篩的膨潤土原土15－20g、7.8－8.2gFeCl
文檔編號C04B33/02GK1673108SQ20051004945
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者朱利中, 馬建鋒 申請人:浙江大學(xué)