一種海泡石的改性方法及改性海泡石在廢水處理中的應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料制備及環(huán)保工程領域，特別涉及一種海泡石的改性方法及改性海 泡石在廢水處理中的應用。
【背景技術】
[0002] 海泡石是一種價格低廉的無機吸附材料，但是天然的海泡石礦石品位低，雜質含 量較高，將其直接用做吸附材料，效果并不理想。因此，目前對海泡石的改性研究很多，海泡 石的改性主要包含物理包覆、酸堿活化、熱活化、無機物改性及有機物質改性等方法。對海 泡石進行一定的改性，可以增強其吸附能力，而對其接枝某些有機化合物或使其與金屬元 素相結合，有望使其提高吸附能力，從而能夠在廢水處理、污水土壤的修復等領域具有較好 的應用。
[0003] 中國專利201310273191.4,采用十六烷基三甲基溴化銨對海泡石進行改性，盡管 吸附性能得到了明顯提高，但是十六烷基三甲基溴化銨是一種成本較高的有機物，并且在 其制備過程中因其使用可能導致新的污染，因而不宜用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004] 纖維素作為在自然界存在最廣的多糖，價格低，獲得途徑也很廣泛，因此，將其用 于對海泡石進行改性，可以獲得非常低的成本。中國專利201310262836.3公開了一種有機 改性海泡石吸附劑的制備方法，采用纖維素改性海泡石，纖維素廉價易得，同時本發(fā)明中所 采用的制備方法非常簡單，從而顯著降低了改性成本，然而也仍然存在不足:所得改性海泡 石材料只對廢水中苯酚有很好的吸附效果，而對重金屬或其它有機物污染物的吸附能力并 不強，因而其應用仍然存在較大的局限性，同時在制備過程中使用到六水合硫酸亞鐵銨這 種催化劑，由于它的毒性和刺激性，也會給環(huán)境帶來污染，不符合綠色環(huán)保的要求。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種海泡石的改性方法及改性海泡石在廢 水處理中的應用。
[0006] 本發(fā)明的技術方案為：
[0007] -種海泡石的改性方法，包括酸改性海泡石與纖維素及鐵鹽的水熱反應，所述的 鐵鹽為氯化鐵或/和氯化亞鐵。
[0008] 進一步地，酸改性海泡石與纖維素的質量比為1:6~20;鐵鹽與酸改性海泡石的配 比為 0.015 ~0.03mol/g。
[0009] 進一步地，所述的水熱反應，溫度為160~300°C，時間為10~30小時。
[0010] 進一步地，所述的酸改性海泡石，其酸改性包括：在海泡石中加入濃度為0.5~ 4mol/L的鹽酸或硝酸溶液，處理時間為0.5~6小時，溫度為20~80 °C，海泡石與鹽酸的質量 體積比為1:5~20g/ml，得到酸改性海泡石。
[0011] 進一步地，所述的鐵鹽優(yōu)選氯化鐵，或物質的量之比為1.5~3的氯化鐵與氯化亞 鐵的混合物。
[0012] 進一步地，還包括水熱反應后的過濾、洗滌及干燥。
[0013] 上述的改性海泡石應用于廢水處理中，具體方法如下：
[0014] 先配制一系列不同濃度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同時配制含不同濃度苯酚的 溶液，分別以它們?yōu)楣ぷ饕?，向其添加改性海泡石，改性海泡石與工作液的質量體積比為1: 1~2g/L，震蕩吸附2~8小時，取上層清液，對其中的Pb 2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+濃度采用原子吸收 分光光度計測定，同時采用液相分析法對吸附前后的苯酚濃度進行測定，根據(jù)吸附前后工 作液中重金屬離子或苯酚濃度差計算改性海泡石吸附劑對重金屬或苯酚的吸附率。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] (1)本發(fā)明的制備方法非常簡單，制備條件很溫和，所涉及的反應溫度低，能耗少， 所采用的改進物質纖維素成本低廉，而鐵鹽不僅能通過與海泡石結合提升吸附效果，而且 還能水熱合成過程中起到一定的催化作用，強化催化效果，避免了六水合硫酸亞鐵銨等有 毒催化劑的使用，所制備的改性海泡石性能優(yōu)良，不僅能夠保持對有機污染物苯酚較高的 吸附率，同時對重金屬的吸附率也較高。
[0017] (2)本發(fā)明通過纖維素和鐵鹽對海泡石的共同改性，將所得改性海泡石用于廢水 處理中，不僅使得所改性海泡石易于回收，因為改性后具有了一定的磁性，便于采用磁分選 等方式對其加以回收，同時也提高了改性海泡石對重金屬及有機物的吸附能力，明顯優(yōu)于 單獨磁改性或單獨有機改性的吸附效果。
[0018] (3)本發(fā)明的方法具有節(jié)約能耗，綠色環(huán)保的優(yōu)勢，所得改性海泡石應用前景廣 闊，不僅能夠用于廢水處理中，而且還能用于污染土壤的修復及建筑材料中。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0020] 實施例1
[0021 ] -種海泡石的改性方法，包括如下步驟：
[0022] (1)在100g海泡石中加入800ml濃度為1.2mol/L的鹽酸溶液，控制溫度為40°C，處 理4小時，得到酸改性海泡石；
[0023] (2)在上述酸改性海泡石中加入600g纖維素及1.5mol氯化鐵配成的溶液，進行水 熱反應，溫度為200°C，時間為20小時；
[0024] (3)過濾、洗滌，然后120 °C干燥10小時后即可得到改性海泡石。
[0025] 實施例2
[0026] -種海泡石的改性方法，包括如下步驟：
[0027] (1)在100g海泡石中加入600ml濃度為2mol/L的硝酸溶液，控制溫度為60 °C，處理6 小時，得到酸改性海泡石；
[0028] (2)在上述酸改性海泡石中加入1500g纖維素及2mol氯化鐵配成的溶液，進行水熱 反應，溫度為160°C，時間為30小時；
[0029] (3)過濾、洗滌，然后120 °C干燥10小時后即可得到改性海泡石。
[0030] 實施例3
[0031 ] -種海泡石的改性方法，包括如下步驟：
[0032] (1)在100g海泡石中加入1000 ml濃度為1.5mol/L的鹽酸溶液，控制溫度為80°C，處 理5小時，得到酸改性海泡石；
[0033] (2)在上述酸改性海泡石中加入1500g纖維素及1.3mol氯化鐵和0.7mol氯化亞鐵 配成的溶液，進行水熱反應，溫度為300°C，時間為20小時；
[0034] (3)過濾、洗滌，然后120 °C干燥10小時后即可得到改性海泡石。
[0035] 對比例1
[0036] 不進行改性，直接對本發(fā)明所用天然海泡石進行吸附實驗。
[0037] 對比例2
[0038]按照實施例3的操作步驟，不同的是:不加氯化鐵及氯化亞鐵的混合物。
[0039] 對比例3
[0040] 按照實施例3的操作方法，不同的是:不加氯化鐵及氯化亞鐵的混合物的添加，而 改加200g的六水合硫酸亞鐵銨作為催化劑。
[0041 ] 對比例4
[0042]按照實施例3的操作方法，不同的是:不加纖維素。
[0043]將上述實施例或對比例所得海泡石用于廢水處理，具體方法如下：
[0044] 先配制一系列不同濃度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同時配制含苯酚的溶液，分別 以它們?yōu)楣ぷ饕?，向其添加改性海泡石，改性海泡石與工作液的質量體積比為1: lg/L，震蕩 吸附6小時，取上層清液，對其中的Pb2+、Cd2+、Cu 2+和Cr6+濃度采用原子吸收分光光度計測定， 同時采用液相分析法對吸附前后的苯酚濃度進行測定，根據(jù)吸附前后工作液中重金屬離子 或苯酚濃度差計算改性海泡石吸附劑對重金屬或苯酚的吸附率，具體吸附率如表1所示。
[0045] 表1各實施例及對比例所得海泡石的吸附率
[0048]從以上實施例與對比例的吸附數(shù)據(jù)可以看出，天然海泡石對廢水中的重金屬的吸 附效果較差，特別是對苯酚等有機物的吸附效果非常差，而對海泡石進行纖維素改性后，吸 附性能特別是對苯酚的吸附性能得到顯著提升，但是纖維素的改性需要依賴六水合硫酸亞 鐵銨等催化劑的添加才能取得對苯酚的良好的吸附效果，并且對重金屬的吸附效果仍然不 佳，而如果沒有催化劑的存在，纖維素改性的海泡石吸附效果提升不明顯，即使是對苯酚的 吸附率也不高，而僅僅采用鐵鹽改性海泡石，雖然重金屬的吸附能力明顯提升，但是對苯酚 等有機物的吸附能力提升卻不明顯，本發(fā)明采用纖維素和鐵鹽同時對海泡石進行改性，條 件溫和，而且不需要額外添加催化劑，所得的海泡石對重金屬及苯酚等有機物的吸附能力 均得到顯著的提升。為了考察本發(fā)明所得改性海泡石的穩(wěn)定性，將實施例3所得海泡石與對 比例4所得海泡石吸附后進行回收再生后再吸附，結果顯示，重復3次后，對比例4所得海泡 石的吸附能力顯著下降，而實施例3所得海泡石的吸附能力只是略有下降，這表明，本發(fā)明 所得改性海泡石的穩(wěn)定性較好。
【主權項】
1. 一種海泡石的改性方法，其特征在于，包括酸改性海泡石與纖維素及鐵鹽的水熱反 應，所述的鐵鹽為氯化鐵或/和氯化亞鐵。2. 根據(jù)權利要求1所述的海泡石的改性方法，其特征在于，酸改性海泡石與纖維素的質 量比為1:6~20;鐵鹽與酸改性海泡石的配比為0.015~0.03mol/g。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的海泡石的改性方法，其特征在于，水熱反應的溫度為160~ 300°C，時間為10~30小時。4. 根據(jù)權利要求3所述的海泡石的改性方法，其特征在于，所述的酸改性海泡石，其酸 改性包括:在海泡石中加入濃度為0.5~4mol/L的鹽酸或硝酸溶液，處理時間為0.5~6小 時，溫度為20~80°C，海泡石與鹽酸的質量體積比為1:5~20g/ml，得到酸改性海泡石。5. 根據(jù)權利要求1所述的海泡石的改性方法，其特征在于，所述的鐵鹽為氯化鐵，或物 質的量之比為1.5~3的氯化鐵與氯化亞鐵的混合物。6. 根據(jù)權利要求1所述的海泡石的改性方法，其特征在于，還包括水熱反應后的過濾、 洗滌及干燥。7. 權利要求1至6任一項所述的改性方法得到的改性海泡石在廢水處理中的應用。8. 根據(jù)權利要求7所述的改性海泡石在廢水處理中的應用，具體方法如下： 先配制一系列不同濃度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同時配制含不同濃度苯酚的溶液， 分別以它們?yōu)楣ぷ饕?，向其添加改性海泡石，改性海泡石與工作液的質量體積比為1:1~ 2g/L，震蕩吸附2~8小時，取上層清液，對其中的Pb 2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+濃度采用原子吸收分 光光度計測定，同時采用液相分析法對吸附前后的苯酚濃度進行測定，根據(jù)吸附前后工作 液中重金屬離子或苯酚濃度差計算改性海泡石吸附劑對重金屬或苯酚的吸附率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海泡石的改性方法及改性海泡石在廢水處理中的應用，采用纖維素與鐵鹽共同對海泡石進行改性，具體包括海泡石的酸處理和酸改性海泡石與纖維素及鐵鹽的共同水熱反應。本發(fā)明的制備方法非常簡單，制備條件很溫和，所涉及的反應溫度低，能耗少，所采用的改進物質纖維素成本低廉，而鐵鹽不僅能通過與海泡石結合提升吸附效果，而且還能水熱合成過程中起到一定的催化作用，強化催化效果，避免了六水合硫酸亞鐵銨等有毒催化劑的使用，所制備的改性海泡石性能優(yōu)良，不僅能夠保持對苯酚等有機污染物較高的吸附率，同時對重金屬的吸附率也較高。
【IPC分類】C02F1/62, C02F1/28, C02F101/34, B01J20/12, B01J20/30, B01J20/28
【公開號】CN105617981
【申請?zhí)枴緾N201610068846
【發(fā)明人】郝芳, 張文斌, 劉平樂, 熊偉, 熊紹峰, 羅和安
【申請人】湘潭大學, 湘潭源遠海泡石新材料股份有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月30日