申请日2012.02.16
公开(公告)日2012.07.11
IPC分类号B01J20/26; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种钾基累托石水处理材料及其制备方法，属于水污染处理材料技术领域。本发明以天然累托石粘土为原料，以硫酸、聚二甲基二烯丙基氯化铵和碳酸钾为改性处理的试剂，通过原矿精选、改性处理和钾离子置换等工艺，得到钾基累托石水处理材料。所述天然累托石粘土取自湖北省钟祥市杨榨累托石粘土矿区，实验设计中通过调整稀硫酸浓度(5%～10%)和碳酸钾溶液浓度(10%～15%)，不同pH值条件和吸附时间，对镉离子和镍离子的去除率。实验中当钾基累托石投加量1g/L，镉去除率最大可达到95%，镍去除率最大可达到91%。对本发明采用的累托石粘土在我钟祥有较大的储量，价格低廉，对之进行改性处理的试剂均为成本低廉、不产生二次污染的常规工业原料，制备工艺简单且重金属离子吸附性能优良，能够满足工业化生产的要求，大幅降低废水处理的成本，提升水处理的效率。
权利要求书
1.一种钾基累托石水处理材料，其特征在于：该钾基累托石以天然累托石粘土为原料， 以硫酸、聚二甲基二烯丙基氯化铵和碳酸钾为改性处理的试剂。
2.根据权利要求1所述的钾基累托石水处理材料，所述天然累托石粘土取自湖北省钟 祥市杨榨累托石粘土矿区。
3.一种制备如权利要求1所述的钾基累托石水处理材料的方法，其特征在于：首先对 天然累托石粘土进行精选，然后用硫酸溶液和聚二甲基二烯丙基氯化铵对精选矿进行改性处 理，最后碳酸钾溶液对累托石材料进行钾离子置换处理，即可得到吸附性能优良的废水处理 材料。
4.实验中所述的硫酸是质量分数5%～10%的稀硫酸溶液。所述聚二甲基二烯丙基氯化 铵固含量≥40%，分子量≥400000，残余单体≤5%。所述碳酸钾是质量分数10%～15%碳酸 钾溶液。
说明书
一种钾基累托石水处理材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种通过累托石制备低成本高性能水处理材料的方法，属水处理材料技术领域。
背景技术
随着国民经济和社会发展，工业化程度不断深入，水体污染事件频发，水处理已经成为环 境保护工作中刻不容缓的重点内容之一。水处理是采用一系列设备和材料将被污染的工业废水 或河水进行净化处理，通过水进行沉降、过滤、混凝、絮凝，以及缓蚀、阻垢等处理后以达到 国家规定的水质标准。由于与社会生产和生活密切相关，因此，水处理领域涉及的应用范围十 分广泛，构成了一个庞大的产业应用。常说的水处理包括：污水处理和饮用水处理两种。经常 用到的水处理药剂有：聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、碱式氯化铝，聚丙烯酰胺，活性炭及各种 滤料等。
目前，冶炼、电镀、纺织和印染等行业生产过程排放的废水含有大量的重金属离子，如镉、 镍等，会通过食物链富集并进入人体，对人民群众的身体健康产生负面影响。比如，镉是一种 毒性很大的重金属，具有稳定、积累和不易消除的特点，可对人体产生慢性中毒，主要积累在 肝、肾和骨骼之中，使肾脏等器官发生病变。再如，镍离子及其化合物的浓度过高，将对人体 产生许多不良影响，如致敏性、致癌性、生物毒性和胚胎毒性、免疫毒性等。对含重金属离子 的废水进行处理的常用方法有化学沉淀法、离子交换法、电解法、凝聚法和氧化还原法等。这 些方法通常耗资巨大而且可能造成二次污染，因此需要开发一种吸附性能强、价廉易得的水处 理材料。
累托石是一种具有特殊结构、较为罕见的层状硅酸盐粘土矿物，由类云母单元层和类蒙脱 石单元层在特殊自然条件下有规则地交替堆积，但又不是二者的简单组合，尤其是其条带状的 微观结构颇为罕见。累托石矿物具有以下独特的物理特性：①高温稳定性，累托石的耐火度高 达1650℃，并能在500℃状态下保持结构稳定;②高分散性和高塑性，累托石遇水极易分散， 成膜平整，加入少量碱处理后，分散效果更佳，并能长期保持悬浮，累托石塑性指数可高达 50，易粘结成形，烘干或烧结不产生裂纹;③吸附性和阳离子交换性，累托石结构中蒙脱石层 间的水化阳离子，可以被大量其它无机、有机阳离子交换，如钠、铝、硅及季胺盐等单一或复 合离子，能吸附各种无机离子、有机分子和气体分子，并且这种吸附和交换是可逆的;④层间 孔径和电荷密度可调控，累托石层间孔径在使用不同处理剂进行离子交换后，可形成5-115nm 之间的大孔径层柱状二维通道结构，在大范围的酸碱、水热、温度条件下保持稳定性，其层间 电荷密度可根据需要调整，以获得适当的活性;⑤阻隔紫外线性，累托石天然具备良好的紫外 线阻隔能力，对短波长光线或射线的吸收阻隔效果显著;⑥结构层分离性，累托石是为数不多 的易分离成纳米级微片的天然矿物材料之一，经适当处理，累托石间层结构可分离成类云母和 类蒙脱石的纳米微粒，产生纳米材料的新特性，有望在纳米材料领域凸现特性。到目前为止， 世界上己知的较为确实的累托石产地约40余处，主要分布在亚洲、欧洲和北美洲。大部分产 地的累托石与其他粘土矿伴生，品位较低，只有少数产地，累托石在粘土中含量较为集中，形 成矿化或矿点;能形成工业矿床的很少，国外仅有日本柄木县的矿山、匈牙利托考伊山脉基拉 伊海杰什矿山，以及美国犹他州中北部的矿床。我国己在多处发现累托石矿物和累托石粘土岩， 其中湖北钟祥二叠系岩石中发现的累托石具有较大规模。
目前，国内外研究机构及学者针对累托石在水处理领域的应用开展了相关研究工作，并取 得部分成果。牟淑杰、邓书平等采用硫酸和高分子絮凝剂聚二甲基二烯丙基氯化铵对累托石进 行改性，并将改性累托石吸附处理模拟含镉废水。当废水pH值为6，改性累托石用量为1.2g/L， 吸附时间为90min，反应温度为25℃时，镉的去除率可达98%以上。杨明平、胡忠于等将天 然累托石(rectorite，REC)与铝交联剂在适宜条件下进行交联反应而制得的铝交联累托石 (Al-cross-linked rectorite，ACLREC)，在静态条件下研究了ACLREC对水溶液中Th(IV)吸附性 能，结果表明：在25℃，pH=3.5～4.0，吸附时间为4h，ACLREC用量为0.8g/L，Th(IV)浓 度为0～10mg/L条件下进行吸附，Th(IV)去除率可达99%以上。彭荣华、李晓湘等将天然钙 基累托石(Ca-REC)经适当处理得到钠基累托石(Na-REC)。在静态条件下，研究了Na-REC对 水溶液中Ni(II)离子的吸附性能，结果表明：在25℃、pH=7.0～8.0、吸附时间为3h、Na-REC 用量为6g/L、Ni(II)浓度50mg/L、离子强度为0.01mol/LNaNO3的条件下，用Na-REC吸附 水溶液中的Ni(II)离子去除率可达98%以上。另外，也有学者研究了累托石在处理废水中的氟、 氰等阴离子。师新业、张水军、白翠萍等研究了改性累托石对含氟离子废水的吸附行为，结果 表明最佳吸附PH范围为5.0～7.0。苗晨和牟淑杰研究了含氰离子废水的吸附行为，结果表明： 改性累托石用量为3.5g/L，废水pH值为4.5，吸附时间75min，氰的去除率可达98.9%。
发明内容
本发明的目的是针对目前废水处理过程中成本较高且易产生二次污染的问题，提出一种 钾基累托石水处理材料的制备方法，通过对天然累托石进行提纯预处理，采用适量的硫酸和 聚二甲基二烯丙基氯化铵进行改性处理，再用碳酸钾溶液进行离子置换，制备出具有优良吸 附性能的水处理材料，可用于处理富集镉、镍等重金属离子的工业废水。
本发明提出的一种钾基累托石水处理材料，其特征在于：该改进钾基累托石以天然累托 石粘土为原料，以硫酸、聚二甲基二烯丙基氯化铵和碳酸钾为改性处理的试剂。
在上述改进钾基累托石水处理材料中，所述天然累托石粘土取自湖北省钟祥市杨榨累托 石粘土矿区，其成分是：SiO2占45.3%，Al2O3占36.5%，Fe2O3占1.4%，MgO占0.3%，CaO 占3.4%，其他成分占13.1%。所述硫酸是质量分数为稀硫酸溶液。所述聚二甲基二烯丙基氯 化铵固含量≥40%，分子量≥400000，残余单体≤5%。所述碳酸钾是碳酸钾溶液。
本发明提出的一种钾基累托石水处理材料制备方法，其特征在于：首先对天然累托石粘 土进行精选，然后用硫酸溶液和聚二甲基二烯丙基氯化铵对精选矿进行改性处理，最后碳酸 钾溶液对改性累托石材料进行钾离子置换处理，即可得到吸附性能优良的废水处理材料。
由于本发明中所使用的累托石粘土在我钟祥有较大的储量，价格低廉，对之进行改性处 理的试剂均为成本低廉、不产生二次污染的常规工业原料，制备工艺简单且重金属离子吸附 性能优良，能够满足工业化生产的要求，大幅降低废水处理的成本，提升水处理的效率。
