专利名称：黏土基复合吸附剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种黏土基复合吸附剂及其制备方法，具体地讲，本发明涉及一 种湖泊水处理的吸附剂及其制备方法。
背景技术：
近些年来，由于许多自然和人为因素的影响，排入湖库的氮、磷等营养物质 不断增加，致使水体富营养化状况加剧，进而导致各地水体藻华的暴发越来越频 繁，规模也越来越大。严重的水华会覆盖水面，阻止水体中的光合作用及其与大 气的交换，使水中的溶解氧浓度迅速降低，造成水生动植物的死亡以及生态和周 边环境的破坏。这些影响又进一步对周边城市的投资业、水产业和旅游业等产生 严重破坏。
为了清除藻华，众多的国内外专家已经投入了多年的努力，研究了多种控制 藻华暴发的方法，如化学法、机械法、生物法、生态法和絮凝法等等。早在1997 年，就有专家在国际权威科学期刊《自然》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治 理藻华的最有发展前途的方法。但面对与人们日常生活息息相关的淡水资源，许 多将黏土除藻技术应用于淡水湖泊中清除藻华的尝试，都没有成功。其主要原因 是黏土技术本身不能防止藻类的再次泛起和底泥的二次污染。泛起问题不解决， 就只能治标不能治本了。为此，国内有专家通过改性黏土的快速除藻除浊作用， 发展了既能快速消除水华又能长期治理湖泊富营养化的一系列改性黏土技术。黏 土的投入量降到了 10毫克/升，而除藻效率达到95%以上。但要从本质上解决问 题，需要从源头上减少湖泊水中的氮磷。
在众多的水处理吸附剂开发中，黏土矿物金属吸附剂普遍受到关注。黏土矿 物主要包括蒙脱石族、伊利石族、蛭石族、高岭石族、凹凸棒石族等矿物。由于 其比表面积大、孔隙率高、极性强等特性而对水中有害污染物质具有较强的吸附 能力，是去除水中有害元素较为理想的低成本吸附剂之一。但黏土对水中有害污 染物质的吸附容量仍然有限。因此，近年来，有机一无机复合材料受到了极大的 关注。研究发现黏土与高分子材料复合后，具有黏土所不具备的特殊性能，综合性能有很大改善。所以，将黏土与丙烯酰胺等进行聚合开发多元高分子水 处理吸附剂成为目前的重要发展方向。黏土对氮、磷、染料和金属离子等具有 一定的吸附性能，将聚丙烯酰胺等和黏土结合起来，可集成两者的优点， 满足湖泊水处理技术的新要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种对氮、磷、染料和金属 离子等具有高吸附容量和反复使用吸附剂及其制备方法。
一种黏土基复合吸附剂，其特征在于以质量百分含量计，吸附剂原料由丙
烯酸20-45%、丙烯酰胺15-35%、表面活性剂0.10-2.0%、过硫酸胺0.50-3.0%、 WiV-2亚甲基双丙烯酰胺1.0-5.0%以及余量的天然黏土或改性黏土组成。
吸附剂中，表面活性剂选自十二烷基硫酸钠和十二垸基苯磺酸钠的一种或二 种组合。
吸附剂中，天然黏土选自膨润土、高岭土、蛭石和凹凸棒黏土中的一种或几 种组合。
吸附剂中，改性黏土指的是通过十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯 化铵改性的膨润土、高岭土、蛭石和凹凸棒黏土中的一种或几种组合。 黏土基复合吸附剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤
A、 混料搅拌条件下，将丙烯酸20-45wt%、丙烯酰胺15-35wt%、表面活 性剂0.10-2.0wt%、过硫酸胺0.50-3.0wt%、 WW-2亚甲基双丙烯酰胺1.0-5.0wt% 以及余量的天然黏土或改性黏土在水中混合均匀；
B、 聚合反应将混合溶液升温至60-90'C反应3-5小时，产物经洗涤和干燥 后粉碎；
C、 活化反应将粉碎产物用活化剂溶液在80-150。C下进行活化，过滤洗涤 后干燥，得到粒状产物。
在本发明的制备过程中，活化剂选自明矾、三氯化铝、三氯化铁中的一种或 二种组合。
本发明得到的黏土基复合吸附剂是一种白色或浅黄色固体粉末。将黏土改性 后可达到纳米级分散，再采用溶液聚合法制备有机无机复合黏土基纳米复合材 料'在明显提高材料对氮、磷和有机物吸附容量的同时，显著提高了对金属离子的吸附容量。同时通过交联剂的控制，可实现有机/无机复合吸附剂的多次反复 应用。
本发明通过实现黏土的纳米级分散，解决了黏土在吸附剂合成中的均匀性问 题；通过交联剂解决了重复使用与吸附量之间的平衡问题。该黏土纳米复合材料， 其吸附量是黏土本身和活性炭等单一吸附剂无法比拟的。新型吸附剂有好的性价 比，在满足水处理技术对新材料的需求的同时，还可拉动黏土的高值化应用。
复合吸附剂以天然黏土或改性黏土为主要原料，以亲水性高分子聚合物为骨 架材料，通过接枝共聚、活化和干燥等工序制得。该制备过程简单，所得颗粒强 度高、比表面积大、选择吸附性好，可广泛应用于含氮、磷和重金属离子及有机 污染物的湖泊水的处理。
具体实施例方式
本发明通过以下实施例加以说明
实施例1:将5.32g膨润土和36ml蒸馏水混合加入装有搅拌装置的反应瓶中， 然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、0.12g十二垸基硫酸钠、0.18gW-2亚甲基双丙烯酰胺和0.40g过硫酸胺，升温至7(TC，保持3h。反应结束后产物 经水洗涤和干燥后粉碎。将粉碎产物用1。/。的明砜溶液在9(TC下活化lh，过滤洗 涤后干燥，得到粒状产物。
实施例2:将5.98g用十六烷基三甲基氯化铵改性的膨润土和36ml蒸馏水混 合加入装有搅拌装置的反应瓶中，然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、 0.08g十二烷基苯磺酸钠、0.18gTVJV-2亚甲基双丙烯酰胺和0.40g过硫酸胺，升 温至8(TC，保持3h。反应结束后产物经水洗涤和干燥后粉碎。将粉碎产物用1% 的三氯化铝溶液在8(TC下活化lh，过滤洗涤后干燥，得到粒状产物。
实施例3:将4.55g凹凸棒黏土和36ml蒸馏水混合加入装有搅拌装置的反应 瓶中，然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、O.lOg十二垸基硫酸钠、0.30g AUV- 2亚甲基双丙烯酰胺和0.40g过硫酸胺，升温至90。C，保持3h。反应结束 后产物经水洗涤和干燥后粉碎。将粉碎产物用1%的明矾溶液在IO(TC下活化lh， 过滤洗涤后干燥，得到粒状产物。
实施例4:将3.42g高岭土和36ml蒸馏水混合加入装有搅拌装置的反应瓶中， 然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、0.15g十二烷基苯磺酸钠、0.32g W,2亚甲基双丙烯酰胺和0.50g过硫酸胺，升温至7(TC，保持4h。反应结束后产物 经水洗涤和干燥后粉碎。将粉碎产物用1。/Q的三氯化铁溶液在90'C下活化lh，过 滤洗涤后干燥，得到粒状产物。
实施例5:将3.78g蛭石和36ml蒸馏水混合加入装有搅拌装置的反应瓶中， 然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、0.09g十二烷基硫酸钠、0.38g7V，iV-2亚甲基双丙烯酰胺和0.42g过硫酸胺，升温至8(TC，保持5h。反应结束后产物 经水洗涤和干燥后粉碎。将粉碎产物用0.5%的三氯化铁和0.5%的三氯化铝混合 溶液在8CTC下活化lh，过滤洗涤后干燥，得到粒状产物。
实施例6:将2.48g用十八烷基三甲基氯化铵改性的膨润土和2.36g蛭石与 36ml蒸馏水混合加入装有搅拌装置的反应瓶中，然后依次加入4.32g丙烯酸、 3.55g丙烯酰胺、O,llg十二烷基硫酸钠、0.32gWiV-2亚甲基双丙烯酰胺和0.48g 过硫酸胺，升温至80'C，保持3h。反应结束后产物经水洗涤和干燥后粉碎。将 粉碎产物用1。/。的三氯化铝混合溶液在9(TC下活化lh，过滤洗涤后干燥，得到粒 状产物。
权利要求
1、一种黏土基复合吸附剂，其特征在于以质量百分含量计，吸附剂原料由丙烯酸20-45％、丙烯酰胺15-35％、表面活性剂0.10-2.0％、过硫酸胺0.50-3.0％、N，N-2亚甲基双丙烯酰胺1.0-5.0％以及余量的天然黏土或改性黏土组成。
2、 按照权利要求1所述的吸附剂，其特征在于表面活性剂选自十二垸基硫 酸钠和十二烷基苯磺酸钠的一种或二种组合。
3、 按照权利要求1所述的吸附剂，其特征在于天然黏土选自膨润土、高岭 土、蛭石和凹凸棒黏土中的一种或几种组合。
4、 按照权利要求1所述的吸附剂，其特征在于改性黏土指的是通过十六垸 基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵改性的膨润土、高岭土、蛭石和凹凸棒 黏土中的一种或几种组合。
5、 按照权利要求1所述的吸附剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下 步骤A、 混料搅拌条件下，将丙烯酸20-45wt%、丙烯酰胺15-35wt%、表面活 性剂0.10-2.0wt0/0、过硫酸胺0.50-3.0wt%、 W-2亚甲基双丙烯酰胺1.0-5.0wt% 以及余量的天然黏土或改性黏土在水中混合均匀；B、 聚合反应将混合溶液升温至60-90'C反应3-5小时，产物经洗涤和干燥 后粉碎；C、 活化反应将粉碎产物用活化剂溶液在80-15(TC下进行活化，过滤洗涤 后干燥，得到粒状产物。
6、 按照权利要求5所述的方法，其特征在于活化剂选自明矶、三氯化铝、 三氯化铁中的一种或二种组合。
全文摘要
本发明公开了一种黏土基复合吸附剂及其制备方法。吸附剂原料由丙烯酸、丙烯酰胺、表面活性剂、过硫酸胺、N，N-2亚甲基双丙烯酰胺以及余量的天然黏土或改性黏土组成。本发明制备过程简单，所得颗粒强度高、比表面积大、选择吸附性好，可广泛应用于含氮、磷和重金属离子及有机污染物的湖泊水的处理。
文档编号B01J20/10GK101455955SQ20071030596
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者张俊平, 王爱勤, 郑易安 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所