申请日2012.04.17
公开(公告)日2012.07.25
IPC分类号B01J20/12; C02F1/28
摘要
本发明涉及一种利用坡缕石黏土(凹凸棒土)作为吸附剂在处理含苦味酸废水中的应用，属于废水处理技术领域。本发明作为吸附剂的坡缕石黏土，可以是将坡缕石黏土原矿直接粉碎成的粉末，也可以是提纯的坡缕石黏土，还可以是采用酸处理或热处理方法进行物理改性或采用表面活性剂或者偶联剂进行化学改性得到改性坡缕石黏土。吸附实验表明，不论是那一类型的坡缕石黏土，都对水相中的苦味酸具有很好的吸附能力，而且添加量少，成本低廉，废水处理结果完全满足水和污水检测分析方法(第四版)及《GB8978-1996》的要求，具有非常好的应用前景。
权利要求书
1.坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用。
2.如权利要求1所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土为提纯的坡缕石黏土。
3.如权利要求1所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土为采用酸改性的坡缕石黏土。
4.如权利要求3所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土酸处理，是将提纯后的坡缕石黏土分散于蒸馏水中形成悬浮液，添加1~2mol/L的盐酸、硫酸或硝酸，搅拌，离心，洗涤，干燥，粉碎而得;酸的添加量以坡缕石黏土悬浮液不再有气泡产生为标准。
5.如权利要求1所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土为采用热处理方法进行物理改性的坡缕石黏土。
6.如权利要求5所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土的热处理，是将提纯后的坡缕石黏土在氮气气氛、150~400℃下，焙烧0.5~5h而得。
7.如权利要求2~6所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土的提纯工艺为：将坡缕石黏土原矿粉碎成200~800目的粉末分散于蒸馏水中，搅拌后超声使其充分分散，静置沉降，得到纯坡缕石黏土。
8.如权利要求1所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土为采用表面活性剂或者偶联剂进行化学改性，得到表面有机化的坡缕石黏土。
9.如权利要求8所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述坡缕石黏土的化学改性，是将提纯后的坡缕石黏土充分分散到含有表面活性剂或者偶联剂的水溶液中，在40~70℃下搅拌3~7h，离心，干燥粉碎;所述含有表面活性剂或者偶联剂的水溶液中，表面活性剂或者偶联剂的质量为坡缕石黏土质量的1%~5%。
10.如权利要求9所述坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂;所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
说明书
坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种苦味酸废水的处理方法，尤其涉及一种利用坡缕石黏土作为吸附剂在处理含苦味酸废水中的应用。
背景技术
苦味酸，化学名为2,4,6-三硝基苯酚，黄色针状或块结晶，无臭，味极苦，密度：1.767;凝固点：122.5℃，爆炸点：300℃，闪点：150℃;不易吸湿，难溶于冷水，易溶于热水，极易溶于沸水;溶于乙醇、乙醚、苯和氯仿。主要用于炸药、火柴、染料、制药和皮革等工业;苦味酸能够溶解塑料，并使其水解，是环保工业用用来溶解白色垃圾的良好溶解。苦味酸有毒，对人体的危害主要有：吸入：对鼻黏膜有刺激性，支气管炎;眼睛接触：引起结膜炎，角膜损伤;皮肤接触：引起过敏性皮炎;口服：1～2g可引起溶血、出血性肾炎和肝炎。长期接触，引起头痛、头晕、恶心呕吐、食欲减退、腹泻等症状，并损伤红细胞，引起出血性肾炎、肝炎、黄疸等。因此，苦味酸生产及应用过程中排放的废水若不经处理任意排放，不仅浪费宝贵的化工原料，更重要的是造成水源的严重污染，因而对含苦味酸废水的治理研究及酚类物质的回收利用显得尤为重要。我国2002 年6 月1 日开始实施的 《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002)中，苦味酸为新增加的集中式生活饮用水地表水源地40 个特定项目之一，其标准限值为0.5 mg/L。
目前，文献报道的处理苦味酸废水的方法主要有吸附法和催化降解法，其中吸附法中用到的吸附剂有：强碱性阴离子交换树脂、聚酰胺树脂、活性炭及磺化煤等，这些吸附剂虽然对苦味酸废水具有较好的吸附能力，但成本较高，不适宜大量推广。
坡缕石黏土具强吸附性，吸水率可达200%，遇水膨胀且有高可塑性、良好的分散性、热稳定性、极基性交换能力和较高的选择系数;并具有大的比表面积以及去污、去毒、脱色和抗凝性。工农业上用作吸附剂、脱色剂、催化剂、杀虫剂、除莠剂载体和粮食防腐剂、漂白剂、去毒剂、污水处理等。但是，利用坡缕石黏土吸附废水中的苦味酸，目前尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供坡缕石黏土作为吸附剂在处理苦味酸废水中的应用。
本发明作为吸附剂的坡缕石黏土，可以是将坡缕石黏土原矿直接粉碎成200~800目的粉末，也可以是提纯的坡缕石黏土。
为了进一步增其吸附能力，将坡缕石黏土采用酸处理或热处理方法进行物理改性。
所述酸处理改性方法，是将提纯后的坡缕石黏土分散于蒸馏水中形成悬浮液，添加1~2mol/L的盐酸、硫酸或硝酸，搅拌，离心，洗涤，干燥，粉碎而得;酸的添加量以坡缕石黏土悬浮液不再有气泡产生为标准。
所述热处理改性方法，是将提纯后的坡缕石黏土在氮气气氛、150~400℃下焙烧0.5~5h而得。
所述纯坡缕石黏土的提纯，是将坡缕石黏土原矿粉碎成200~800目的粉末分散于蒸馏水中，搅拌后超声使其充分分散，静置沉降，干燥粉碎得到。
所述坡缕石黏土还可以是采用表面活性剂或者偶联剂进行化学改性，得到表面有机化的坡缕石黏土。化学改性的工艺是：是将提纯后的坡缕石黏土充分分散到含有表面活性剂或者偶联剂的水溶液中，在40~70℃下搅拌3~7h，离心，干燥粉碎;所述含有表面活性剂或者偶联剂的水溶液中，表面活性剂或者偶联剂的质量为坡缕石黏土质量的1%~5%。
所述表面活性剂为：阴离子表面活性剂(如烷基苯磺酸钠，烷基硫酸钠，烷基聚氧乙烯醚硫酸钠，脂肪酸钠，烷基聚氧乙烯醚羧酸钠，烷基磺酸钠，亚甲基双萘磺酸钠，油酰甲基牛黄酸钠，雷米帮A等);阳离子表面活性剂(如季铵化物，胺盐等);两性离子表面活性剂(如卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型，羧酸基甜菜碱型，咪唑啉型，磷酸脂甜菜碱型等);非离子表面活性剂(如脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯等)。
所述偶联剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂等。
下面通过具体实验说明坡缕石黏土对水相中苦味酸的吸附性能。
吸附实验：分别称取10mg的坡缕石黏土原矿、提纯后的坡缕石、酸处理的坡缕石、热处理的坡缕石黏土及有机改性的坡缕石，加入到10 mL的苦味酸溶液中(浓度100mg/L pH=4)，在温度15℃下进行吸附实验，吸附时间30min;然后离心，取上层清液用紫外分光光度计测试苦味酸的平衡浓度，考查了各类坡缕石黏土对苦味酸的吸附性能。实验结果见表1。
表1各类坡缕石黏土对苦味酸的吸附性能
坡缕石类型 坡缕石原矿 提纯坡缕石 酸处理坡缕石 热处理坡缕石 有机改性坡缕石 苦味酸的平衡浓度(mg/L) 1.9 1.8 1.2 1.4 0.8 苦味酸的去除率(%) 98.1 98.2 98.8 98.6 99.2
表1的结果显示，不论是那一类型的坡缕石黏土，都对水相中的苦味酸具有很好的吸附能力，但相对来说，吸附能力有一定的差距，从强到弱依次为：有机改性坡缕石黏土﹥酸处理坡缕石黏土﹥热处理坡缕石黏土﹥提纯坡缕石坡﹥缕石原矿。
本发明相对现有技术具有以下优点：对水相中苦味酸的去除率高，吸附剂坡缕石黏土的添加量少，成本低廉，废水处理结果完全满足水和污水检测分析方法(第四版)及《GB 8978-1996》 的要求(硝基苯酚类化合物一级排放最高值为2mg/L)，具有非常好的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例对各类型坡缕石黏土在处理水相中苦味酸的应用作进一步说明。
实施例1
(1)坡缕石黏土的处理
将坡缕石黏土原矿粉碎，过200目筛后备用。
(2)处理含苦味酸的废水
废水的相关指标：苦味酸的浓度100mg/L，pH=4
处理方法：取10mg坡缕石黏土，添加到10mL的废水中，搅拌30min，沉降15min。
处理后废水的相关指标：苦味酸的浓度1.9mg/L，pH=6.8。
实施例2
(1)坡缕石黏土的提纯处理
将坡缕石黏土原矿粉碎，过200目筛后，分散于蒸馏水中，130r/min的速度机械搅拌0.5~1h，超声分散30min，静置沉降，干燥，粉碎后过800目筛，得到纯坡缕石黏土。
(2)处理含苦味酸的废水
废水的相关指标：苦味酸的浓度100mg/L，pH=4
处理方法：取10mg提纯的坡缕石黏土，添加到10mL的废水中，搅拌30min，沉降15min。
处理后废水的相关指标：苦味酸的浓度1.8mg/L，pH=6.9。
实施例3
(1)坡缕石黏土的处理
将坡缕石黏土原矿粉碎，过200目筛后，分散于蒸馏水中，130r/min的速度机械搅拌0.5-1h，超声分散30min，静置沉降，得到纯坡缕石黏土;将提纯的坡缕石黏土分散于蒸馏水中形成悬浮液，加入1~2mol/L的酸(盐酸、硫酸或者硝酸，酸的添加量以坡缕石黏土悬浮液不再有气泡产生为标准)，搅拌，离心，洗涤，干燥，粉碎过600目筛备用。
(2)处理含苦味酸的废水
废水的相关指标：苦味酸的浓度100mg/L，pH=4
处理方法：取10mg酸处理坡缕石黏土，添加到10mL的废水中，搅拌30min，沉降15min。
处理后废水的相关指标：苦味酸的浓度1.2mg/L，pH=7.1。
实施例4
(1)坡缕石黏土的处理
将坡缕石黏土原矿粉碎，过200目筛后，分散于蒸馏水中，130r/min的速度机械搅拌0.5-1h，超声分散30min，静置沉降，得到纯坡缕石黏土;将提纯的坡缕石黏土置于马弗炉中，在氮气气氛下，于400℃焙烧5 h，得到热处理坡缕石黏土。
(2)处理含苦味酸的废水
废水的相关指标：苦味酸的浓度100mg/L，pH=4
处理方法：取10mg纯坡缕石黏土，添加到10mL的废水中，搅拌30min，沉降15min。
处理后废水的相关指标：苦味酸的浓度1.4mg/L，pH=6.8。
实施例5
(1)坡缕石黏土的处理
将坡缕石黏土原矿粉碎，过200目筛后，分散于蒸馏水中，130r/min的速度机械搅拌0.5~1h，超声分散30min，静置沉降，得到纯坡缕石黏土;将提纯的坡缕石黏土充分分散到十六烷基三甲基溴化铵溶液中(十六烷基三甲基溴化铵的量为坡缕石黏土质量的1%~5%)，在40~70℃下搅拌3~7h，离心，干燥粉碎过500目筛，得到表面有机化的坡缕石黏土。
(2)处理含苦味酸的废水
废水的相关指标：苦味酸的浓度100mg/L，pH=4
处理方法：取10mg纯坡缕石黏土，添加到10mL的废水中，搅拌30min，沉降15min。
处理后废水的相关指标：苦味酸的浓度0.8mg/L，pH=7.0。
实施例6
(1)坡缕石黏土的处理
将坡缕石黏土原矿粉碎，过200目筛后，分散于蒸馏水中，130r/min的速度机械搅拌0.5~1h，超声分散30min，静置沉降，得到纯坡缕石黏土;将提纯的坡缕石黏土充分分散到充分分散到硅烷偶联剂KH-550的水溶液中(硅烷偶联剂KH-550的量为为坡缕石黏土质量的1%~5%)，在40~70℃下搅拌3~7h，离心，干燥粉碎过500目筛，得到表面有机化的坡缕石黏土。
(2)处理含苦味酸的废水
废水的相关指标：苦味酸的浓度100mg/L，pH=4
处理方法：取10mg纯坡缕石黏土，添加到10mL的废水中，搅拌30min，沉降15min。
处理后废水的相关指标：苦味酸的浓度0.89mg/L，pH=7.3。
