申请日2017.06.16
公开(公告)日2017.10.20
IPC分类号B01J20/24; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20; C02F101/34
摘要
本发明公开了一种海泡石改性材料的制备方法及其在废水处理中的应用，先将海泡石与高岭土混合，然后采用纤维素与氯化铁及氯化亚铁的混合铁盐共同对其在微波条件下改性，具体包括海泡石与高岭土混合物的酸处理和酸改性混合物与纤维素及混合铁盐的微波反应。本发明能够使得比海泡石成本更加低廉的高岭土得到有效利用，不仅扩宽了高岭土的应用范围，同时也有效降低了成本，而且制备过程明显降低了温度，也显著缩短了时间，明显节约了能耗，且所得吸附材料改善了吸附效果，同时实验表明，铁盐与亚铁盐以一定比例混合，能够进一步提升吸附性能，所得吸附材料的稳定性很好，多次重复使用，都能保持较好的吸附性能，具有非常好的工业化应用前景。
权利要求书
1.一种海泡石改性材料的制备方法，其特征在于，包括海泡石与高岭土的混合物与纤维素及氯化铁及氯化亚铁的混合铁盐的微波反应。
2.根据权利要求1所述的海泡石改性材料的制备方法，其特征在于，所述的微波反应，温度为60~150℃，时间为1~5小时。
3.根据权利要求1所述的海泡石改性材料的制备方法，其特征在于，海泡石与高岭土的混合物与纤维素的质量比为1：3~25;混合铁盐与混合物的配比为0.01~0.03 mol/g。
4.根据权利要求1所述的海泡石改性材料的制备方法，其特征在于，还包括微波反应前海泡石与高岭土的混合物的酸改性，具体为：在海泡石与高岭土的混合物中加入浓度为0.2~2mol/L的稀硫酸溶液，处理时间为1~5小时，温度为40~100℃，固液质量比为1：8~15。
5.根据权利要求1至4任一项所述的海泡石改性材料的制备方法，其特征在于，海泡石与高岭土的质量比为2~5：1~3。
6.根据权利要求1至4任一项所述的海泡石改性材料的制备方法，其特征在于，还包括微波反应后的过滤、洗涤及干燥。
7.根据权利要求1至4任一项所述的海泡石改性材料的制备方法，其特征在于，混合铁盐中，氯化铁与氯化亚铁的物质的量之比为0.5~2。
8.权利要求1至7任一项所述的海泡石改性材料在废水处理中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，包括如下步骤：
先配制一系列不同浓度的Pb2+、Cd2+、Cu 2+和Cr6+溶液，同时配制含不同浓度苯酚的溶液，分别以它们为工作液，向其添加海泡石改性材料，海泡石改性材料与工作液的质量体积比为1：1~2g/L，震荡吸附2~8小时，取上层清液，对其中的Pb2+、Cd2+、Cu 2+和Cr6+浓度采用原子吸收分光光度计测定，同时采用液相分析法对吸附前后的苯酚浓度进行测定，根据吸附前后工作液中重金属离子或苯酚浓度差计算海泡石改性材料对重金属或苯酚的吸附率。
说明书
一种海泡石改性材料的制备方法及在废水处理中的应用
技术领域
本发明涉及材料制备领域，特别涉及一种海泡石改性材料的制备方法及在废水处理中的应用。
背景技术
海泡石由于价格低廉，来源广泛而引起较多的关注，近年来对海泡石的研究不断涌现，对其进行改性制成涂料、吸附剂、抗菌粉等，而作为吸附剂的改性研究更为热门。海泡石的改性主要包含物理包覆、酸碱活化、热活化、无机物改性及有机物质改性等方法。对海泡石进行一定的改性，可以增强其吸附能力，比如采用有机化合物、金属化合物或其它物质对其进行改性，有望使其提高吸附能力，从而能够在废水处理、污水土壤的修复等领域具有更好的应用。
中国专利201610068846.8公开了一种海泡石的改性方法及改性海泡石在废水处理中的应用，该专利将海泡石进行前处理后，将其与纤维素与铁盐通过水热反应加以复合，在制备过程中避免了六水合硫酸亚铁铵等有毒物质的使用，所得材料明显提升了对重金属及有机物污染物的吸附能力，然后仍然存在制备时间过长等不足。因此，如果对该海泡石进一步改进，有望提升其应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海泡石改性材料的制备方法及在废水处理中的应用。
本发明的技术方案为：
一种海泡石改性材料的制备方法，包括海泡石与高岭土的混合物与纤维素及氯化铁及氯化亚铁的混合铁盐的微波反应。
进一步地，所述的微波反应，温度为60～150℃，时间为1～5小时。
进一步地，海泡石与高岭土的混合物与纤维素的质量比为1：3～25;混合铁盐与混合物的配比为0.01～0.03mol/g。
进一步地，还包括微波反应前海泡石与高岭土的混合物的酸改性，具体为：在海泡石与高岭土的混合物中加入浓度为0.2～2mol/L的稀硫酸溶液，处理时间为1～5小时，温度为40～100℃，固液质量比为1：8～15。
进一步地，海泡石与高岭土的质量比为2～5：1～3。
进一步地，还包括微波反应后的过滤、洗涤及干燥。
进一步地，混合铁盐中，氯化铁与氯化亚铁的物质的量之比为0.5～2。
上述的海泡石改性材料应用于废水处理中，具体方法如下：
先配制一系列不同浓度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同时配制含不同浓度苯酚的溶液，分别以它们为工作液，向其添加海泡石改性材料，海泡石改性材料与工作液的质量体积比为1：1～2g/L，震荡吸附2～8小时，取上层清液，对其中的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+浓度采用原子吸收分光光度计测定，同时采用液相分析法对吸附前后的苯酚浓度进行测定，根据吸附前后工作液中重金属离子或苯酚浓度差计算海泡石改性材料对重金属或苯酚的吸附率。
本发明的有益效果在于：
本发明试图将高岭土与海泡石混合以期降低成本，意外发现，混合物与微波反应能够很好地契合，从而使得成本更低的高岭土得到有效利用，不仅扩宽了高岭土的应用范围，同时也有效降低了成本，而且制备过程明显降低了温度，也显著缩短了时间，明显节约了能耗，且所得吸附材料还改善了吸附效果，同时实验表明，铁盐与亚铁盐以一定比例混合，能够进一步提升吸附性能，此外，所得吸附材料的稳定性很好，多次重复使用，都能保持较好的吸附性能，具有非常好的工业化应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
一种海泡石改性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将80g海泡石与40g高岭土混合，然后向其加入1800g浓度为2mol/L的稀硫酸溶液，控制温度为40℃，处理4小时，得到酸改性混合物;
(2)在上述酸改性混合物中加入360g纤维素及0.6mol氯化铁与0.6mol氯化亚铁配成的溶液，进行微波反应，微波温度为150℃，时间为1小时;
(3)过滤、洗涤，然后120℃干燥10小时后即可得到海泡石改性材料。
实施例2
一种海泡石改性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将100g海泡石与60g高岭土混合，然后向其加入1280g浓度为0.2mol/L的稀硫酸溶液，控制温度为100℃，处理1小时，得到酸改性混合物;
(2)在上述酸改性混合物中加入4000g纤维素及1.6mol氯化铁与3.2mol氯化亚铁配成的溶液，进行微波反应，微波温度为60℃，时间为5小时;
(3)过滤、洗涤，然后120℃干燥10小时后即可得到海泡石改性材料。
实施例3
一种海泡石改性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将100g海泡石与100g高岭土混合，然后向其加入2400g浓度为1mol/L的稀硫酸溶液，控制温度为60℃，处理3小时，得到酸改性混合物;
(2)在上述酸改性混合物中加入2000g纤维素及2.0mol氯化铁与2.0mol氯化亚铁配成的溶液，进行微波反应，微波温度为100℃，时间为2小时;
(3)过滤、洗涤，然后120℃干燥10小时后即可得到海泡石改性材料。
实施例4
一种海泡石改性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将50g海泡石与50g高岭土混合，然后向其加入1000g浓度为1.5mol/L的稀硫酸溶液，控制温度为80℃，处理5小时，得到酸改性混合物;
(2)在上述酸改性混合物中加入1500g纤维素及1.3mol氯化铁与0.7mol氯化亚铁配成的溶液，进行微波反应，微波温度为80℃，时间为3小时;
(3)过滤、洗涤，然后120℃干燥10小时后即可得到海泡石改性材料。
对比例1
采用与实施例4相同的方法，不同的是，不进行微波反应，而是进行水热反应，温度为300℃，时间为20小时。(海泡石与高岭土混合物混合铁盐水热改性)
对比例2
采用与对比例1相同的方法，不同的是，将50g海泡石与50g高岭土换成100g高岭土。(纯高岭土混合铁盐水热改性)
对比例3
采用与实施例4相同的方法，不同的是，将50g海泡石与50g高岭土换成100g高岭土。(纯高岭土混合铁盐微波改性)
对比例4
采用与实施例4相同的方法，不同的是，将50g海泡石与50g高岭土换成100g海泡石。(纯海泡石混合铁盐微波改性)
对比例5
采用与对比例4相同的方法，不同的是，不进行微波反应，而是进行水热反应，温度为300℃，时间为20小时。(纯海泡石混合铁盐水热改性)
对比例6
采用与实施例4相同的方法，不同的是，铁盐为2.0mol的氯化铁。(纯海泡石氯化铁微波改性)
对比例7
采用与实施例4相同的方法，不同的是，铁盐为2.0mol的氯化亚铁。(纯海泡石氯化亚铁微波改性)
将上述实施例或对比例所得海泡石吸附材料用于废水处理，具体方法如下：
先配制一系列不同浓度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同时配制含苯酚的溶液，分别以它们为工作液，向其添加海泡石吸附材料，海泡石吸附材料与工作液的质量体积比为1∶1g/L，震荡吸附6小时，取上层清液，对其中的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+浓度采用原子吸收分光光度计测定，同时采用液相分析法对吸附前后的苯酚浓度进行测定，根据吸附前后工作液中重金属离子或苯酚浓度差计算海泡石吸附材料对重金属或苯酚的吸附率，具体吸附率如表1所示。
表1各实施例及对比例所得海泡石吸附材料的吸附率
从以上实施例与对比例的吸附数据可以看出，同样条件下，海泡石与高岭土的混合物与纤维素与氯化铁与氯化亚铁的混合铁盐进行水热反应，所得吸附材料较微波反应吸附性能骤降，而将海泡石与纤维素与混合铁盐进行微波反应，所得材料相比其余条件一致的水热反应，效果基本相当，甚至对部分成分的吸附效果还略有下降，以高岭土与纤维素与混合铁盐进行水热反应，所得材料的吸附性能相对相对单纯海泡石水热改性明显要差很多，而将水热反应换成微波反应之后，效果也只是略有提升，同时，相同条件下，混合铁盐的效果要优于单纯的氯化铁，而如果采用氯化亚铁作为铁盐，效果明显下降，完全丧失了吸附性能的提升优势，以上结果表明，微波反应对只有海泡石存在的改性反应，基本没有提升效果，对只有高岭土存在的改性反应，也只能略有提升，而对海泡石与高岭土以适当比例混合存在的改性反应，却产生了意想不到的提升效果，特别是当铁盐采用氯化铁与氯化亚铁的混合铁盐时，提升效果更为明显，总之，本发明的制备方法能够使得反应时间显著缩短，反应温度也明显降低，高岭土的使用也扩宽了高岭土的应用范围，同时也降低了成本。
此外，本发明的吸附材料具有非常好的稳定性。将实施例4与对比例5所得吸附材料进行回收再生后再吸附，结果显示，重复3次后，两者基本都能保持吸附能力不变，而重复6次以上，实施例4的吸附材料的吸附能力只是略有下降，下降率不到10%，而对比例5所得材料的吸附能力却已经有超过30%的下降率。这表明，高岭土的加入，契合微波反应，所得材料不仅降低成本，改善吸附性能，而且还能提升稳定性。
