申请日2016.01.04
公开(公告)日2016.06.15
IPC分类号B01J20/26; B01J20/30; C02F1/26; C02F1/62
摘要
本发明公开了一种重金属污水复合吸附剂及其制备方法，由以下原料以重量份为单位组成：沸石20-30;间苯二酚20-24;三苯基膦0.5-0.9;糠醛8-12;腐殖酸1.0-2.0;三乙烯二胺0.8-1.2;甲基纤维素3.0-5.0;十二烷基磺酸钠2.0-4.0;石墨烯纳米层/MnO2复合物3.0～6.0;壳聚糖-石墨烯复合材料5.0～10.0。本发明的有益效果在于：(1)本发明的用于污水处理的气凝胶材料孔径大，结构稳固，易于对污水中的重金属离子的吸附;(2)本发明的用于污水处理的气凝胶材料对污水中重金属离子吸附效率好，吸附量大;(3)本发明用于污水处理的气凝胶材料的生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有较高的市场应用前景。
权利要求书
1.一种重金属污水复合吸附剂，其特征是：由以下原料以重量份为单位组成：沸石20-30;间苯二酚20-24;三苯基膦0.5-0.9;糠醛8-12;腐殖酸1.0-2.0;三乙烯二胺0.8-1.2;甲基纤维素3.0-5.0;十二烷基磺酸钠2.0-4.0;石墨烯纳米层/MnO2复合物3.0～6.0;壳聚糖-石墨烯复合材料5.0～10.0。
2.一种如权利要求1所述的一种重金属污水复合吸附剂，其特征是：由以下原料以重量份为单位组成：沸石25;间苯二酚22;三苯基膦0.7;糠醛10;腐殖酸1.5;三乙烯二胺1.0;甲基纤维素4.0;十二烷基磺酸钠3.0;石墨烯纳米层/MnO2复合物5.0;壳聚糖-石墨烯复合材料8.0。
3.一种如权利要求1所述的一种重金属污水复合吸附剂，其特征是：还包括交联累托石3.0～7.0重量份。
4.一种如权利要求1所述的一种重金属污水复合吸附剂，其特征是：还包括括膨润土3.0～7.0重量份。
5.一种如权利要求1或2所述的一种重金属污水复合吸附剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1：将沸石经由回转窑煅烧1-2h，煅烧温度为700℃，回转窑转速为5-10rpm;煅烧后自然冷却至室温备用;
步骤2：将步骤1中得到的煅烧后的沸石进行碾磨粉碎，粉碎过筛至200目;
步骤3：将间苯二酚、三苯基膦、糠醛、腐殖酸和三乙烯二胺加入到去离子水中，在加热温度为70℃下进行搅拌混合，搅拌转速900rpm，搅拌时间10min;
步骤4：将步骤2得到的沸石粉末和甲基纤维素加入步骤3得到的混合溶液中，一边加入一边搅拌，其中加热温度控制在60℃-70℃之间，搅拌转速1000rpm，搅拌时间15min;
步骤5：将十二烷基磺酸钠加入步骤4得到的混合液中，在温度65℃-70℃之间进行超声搅拌，搅拌时间30min;
步骤6：将步骤5得到的均匀混合液在-10℃温度下、紫外光的照射下进行冷冻凝胶;将得到的冷冻凝胶在30℃下融化，溶化后再次在-10℃温度下、紫外光的照射下进行冷冻凝胶;
步骤7：将步骤6得到的凝胶在温度25℃下，用二甲基甲醇进行溶剂交换，交换后的凝胶在氮气环境下进行干燥，干燥温度为40℃，得到凝胶料块;
步骤8：将石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料加入其质量10倍的去离子水中，超声波震动10～20分钟后将石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料从去离子水中捞出并烘干，得到混合物A;
步骤9：将步骤7得到的凝胶料块和步骤8得到的混合物A进行粉碎，密封包装既得污水处理的复合吸附剂。
6.一种如权利要求3所述的一种重金属污水复合吸附剂的制备方法，其特征是：所述步骤8具体为将交联累托石、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料加入其质量10倍的去离子水中，超声波震动10～20分钟后将交联累托石、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料从去离子水中捞出并烘干，得到混合物A。
7.一种如权利要求4所述的一种重金属污水复合吸附剂的制备方法，其特征是：所述步骤8具体为将膨润土、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料加入其质量10倍的去离子水中，超声波震动10～20分钟后将膨润土、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料从去离子水中捞出并烘干，得到混合物A。
说明书
一种重金属污水复合吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环保领域，具体涉及一种重金属污水复合吸附剂及其制备方法。
背景技术
气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料，固体相和孔隙结构均为纳米量级。由于其结构上的独特性，气凝胶表现出很多独特的性质:气凝胶是目前世界上密度最小的固体材料，密度可低至0.002g·cm-3;气凝胶是目前世界上热导率最小的固体材料，室温真空热导率可达到0.001W·m-1·K-1;氧化硅气凝胶的折射率在一定范围内连续可调;气凝胶的独特结构和性质使得其在很多领域表现出很好的应用价值。
在我国经济和工业技术的快速发展过程中，带来的环境问题越来越受到重视，污水处理材料已经成为污水处理技术中的重要组成部分，同样受到各个领域的关注;而目前用于污水处理的气凝胶材料的种类缺乏，大大限制了污水处理材料的选择，因此，开发一种适用于污水处理的具有对废水中重金属离子吸附效率好，吸附量大，力学性能优异的气凝胶材料，对丰富污水处理材料，促进污水处理的发展具有重要意义。
发明内容
本发明目的：提供一种重金属污水复合吸附剂，其对废水中重金属离子吸附效率好，吸附量大，而且结构稳固，生产成本低廉，应用范围广阔，为污水处理提供更多的选择。
本发明采用的技术方案：为了解决上述问题，提供了一种重金属污水复合吸附剂，由以下原料以重量份为单位组成：沸石20-30;间苯二酚20-24;三苯基膦0.5-0.9;糠醛8-12;腐殖酸1.0-2.0;三乙烯二胺0.8-1.2;甲基纤维素3.0-5.0;十二烷基磺酸钠2.0-4.0;石墨烯纳米层/MnO2复合物3.0～6.0;壳聚糖-石墨烯复合材料5.0～10.0。
优选的，用于污水处理的复合吸附剂，由以下原料以重量份为单位组成：沸石25;间苯二酚22;三苯基膦0.7;糠醛10;腐殖酸1.5;三乙烯二胺1.0;甲基纤维素4.0;十二烷基磺酸钠3.0;石墨烯纳米层/MnO2复合物5.0;壳聚糖-石墨烯复合材料8.0。
上述的一种重金属污水复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将沸石经由回转窑煅烧1-2h，煅烧温度为700℃，回转窑转速为5-10rpm;煅烧后自然冷却至室温备用;
步骤2：将步骤1中得到的煅烧后的沸石进行碾磨粉碎，粉碎过筛至200目;
步骤3：将间苯二酚、三苯基膦、糠醛、腐殖酸和三乙烯二胺加入到去离子水中，在加热温度为70℃下进行搅拌混合，搅拌转速900rpm，搅拌时间10min;
步骤4：将步骤2得到的沸石粉末和甲基纤维素加入步骤3得到的混合溶液中，一边加入一边搅拌，其中加热温度控制在60℃-70℃之间，搅拌转速1000rpm，搅拌时间15min;
步骤5：将十二烷基磺酸钠加入步骤4得到的混合液中，在温度65℃-70℃之间进行超声搅拌，搅拌时间30min;
步骤6：将步骤5得到的均匀混合液在-10℃温度下、紫外光的照射下进行冷冻凝胶;将得到的冷冻凝胶在30℃下融化，溶化后再次在-10℃温度下、紫外光的照射下进行冷冻凝胶;
步骤7：将步骤6得到的凝胶在温度25℃下，用二甲基甲醇进行溶剂交换，交换后的凝胶在氮气环境下进行干燥，干燥温度为40℃，得到凝胶料块;
步骤8：将石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料加入其质量10倍的去离子水中，超声波震动10～20分钟后将石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料从去离子水中捞出并烘干，得到混合物A;
步骤9：将步骤7得到的凝胶料块和步骤8得到的混合物A进行粉碎，密封包装既得重金属污水复合吸附剂。
优选的一种重金属污水复合吸附剂，还包括交联累托石3.0～7.0重量份。
上述步骤8具体为将交联累托石、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料加入其质量10倍的去离子水中，超声波震动10～20分钟后将交联累托石、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料从去离子水中捞出并烘干，得到混合物A。
优选的一种重金属污水复合吸附剂，其特征是：还包括括膨润土3.0～7.0重量份。
上述步骤8具体为将膨润土、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料加入其质量10倍的去离子水中，超声波震动10～20分钟后将膨润土、石墨烯纳米层/MnO2复合物和壳聚糖-石墨烯复合材料从去离子水中捞出并烘干，得到混合物A。
石墨烯纳米层(GNS)/MnO2复合物(GNS/MnO2)在去除污水中的重金属离子效果好，去除废水中Ni2+、Pb2+和Cu2+三种重金属离子的效果更佳，GNS作为载体，增大了吸附剂的比表面积，MnO2起主要的吸附作用，5次重复使用之后，GNS/MnO2的吸附能力还能恢复到91%，有很好的再生能力。
壳聚糖-石墨烯复合材料具有较大的比表面积和独特的介孔结构，壳聚糖-石墨烯复合材料的双倍螺旋结构、壳聚糖和石墨烯之间的静电作用、氢键作用和范德华力都增强了对金属离子的去除能力。
交联累托石是利用累托石粘土的阳离子交换性能，选择交联剂如聚合羟基金属阳离子或者氧化物等，使累托石粘土可膨胀间层被交联剂柱撑开而获得更大的层间距，改善天然累托石的性能。交联累托石结构稳定，不发生膨胀，具有较大的比表面积、离子交换容量和微孔孔径而且具有热稳定性好、表面酸性强等特点，吸附能力增大70%以上，具有较大的层厚度，是一种性能优异的催化剂和吸附剂。
膨润土(bentonite)是一种以蒙脱石(montmorillonite)为主要成分的粘土矿物。其化学成分为铝硅酸盐，化学式为Al2O3·4SiO2·3H2O。微观结构的单位晶胞由两个Si2O四面体晶片和它们之间夹着的一个Al2O或Al2OH八面体晶片组成，膨润土具有较强的吸附性和离子交换性。
本发明的原理：气凝胶的三维网状结构孔洞较小，毛细管作用明显，在应用过程中气液界面张力容易使孔洞结构坍塌，干燥之后收缩明显;沸石是一种含水的钙、钠以及钡、钾的铝硅酸盐矿物，其独特的内部结构是由硅氧四面体和替代的铝氧四面体为基本结构单元，而硅氧四面体和铝氧四面体再逐级组成单元环、双元环、多元环、笼构成主要为三维空间架状构造的结晶多面体，在沸石晶体内部存在着大量的排列有序、大小均匀、彼此贯通并与外界相连的孔穴和孔道;利用沸石孔径大、孔隙率高和结构稳固的特点，以沸石为载体，结合气凝胶三维网状结构的吸附量大、吸附效率高的有点，克服了气凝胶结构易塌陷、孔径小的缺点，制备出吸附量大，吸附效率好，而且结构稳固的污水处理复合材料;另外通过改性后腐殖酸对重金属离子具备很强的络合能力，增强复合材料对重金属离子的吸附能力，同时在制备过程中，通过冷冻凝胶处理，稳固气凝胶的结构，提高了制得的用于污水处理的高吸附复合吸附剂的吸附分离能力，降低了生产成本。
本发明突出特点和有益效果在于：
(1)本发明的用于污水处理的气凝胶材料孔径大，结构稳固，易于对污水中的重金属离子的吸附;(2)本发明的用于污水处理的气凝胶材料对污水中重金属离子吸附效率好，吸附量大;(3)本发明用于污水处理的气凝胶材料的生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有较高的市场应用前景。
