一种用于废水处理的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于废水处理的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法，属于纳米复合材料制备【技术领域】。该方法通过在蒙脱土表面修饰上大量的羧基，采用原位化学反应将磁性纳米粒子引入蒙脱土层间并获得剥离型结构，结合四氧化三铁的磁分离性能和羧基修饰蒙脱土对有机阳离子染料及重金属离子的高吸附特性，获得可磁分离且吸附能力强的磁性剥离型蒙脱土纳米复合吸附材料。本发明制备工艺简单、条件可控，制得的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料成本低廉、易于分离且具有高吸附特性和优异环境友好特性，可以显著提高对有机阳离子染料和重金属离子的吸附效率和吸附容量，适用于工业废水处理等领域。
【专利说明】一种用于废水处理的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米复合材料制备【技术领域】，具体涉及一种用于废水处理的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着现代工农业的发展，人们生产和生活中大量有毒有害的物质进入水体，人类赖以生存与发展的水环境遭到严重的破坏。由于我国水资源相对匾乏，废水处理技术在生产和生活中的作用也越来越大。
[0003]有机染料废水具浓度高、色度深、水质变化波动大以及可生化性差等特征，是很难处理的一类工业废水。阳离子染料含有很复杂的芳香基团而难以生物降解脱色。化学还原或厌氧生物处理虽可使染料中的偶氮双键还原为胺基而脱色，但产生的胺基类中间产物毒性比较大，且部分还原产物在有氧条件下易返色。因此，阳离子染料废水的处理格外受到重视。
[0004]重金属废水同样是一个需要迫切解决的污染问题。由于重金属污染物很难被分解和破坏，一旦排入环境将导致永久性污染，常见的重金属废水处理技术包括:化学沉淀法、氧化还原法、离子交换处理法、凝聚-絮凝法、吸附法、膜分离法等物理和化学方法。
[0005]吸附法是利用多孔性固体与废水接触，利用吸附剂的表面活性，将废水中染料或金属离子吸附并浓集于其表面，达到净化水的目的。当前吸附材料主要是活性碳、分子筛和离子交换树脂等，但这些材料存在或吸附效率低、容量小或适用范围小、再生性差、成本高等缺陷，且不易从废水中分离而造成二次污染，目前人们试图研发纳米复合吸附材料以进一步提闻吸附效率并降低成本。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术中蒙脱土作为吸附材料回收困难、吸附效率低等问题，提供一种磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法；本发明方法所制备的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料吸附废水中重金属离子和阳离子染料，具有优异的吸附性能。
[0007]本发明所提供的一种用于废水处理的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法，具体步骤如下:
[0008](I)改性剂溶液的制备:将甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化铵、甲基丙烯酸和过硫酸铵溶于去离子水中，其中甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化铵与甲基丙烯酸的总质量占溶液的5%，甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化铵与甲基丙烯酸的摩尔比为1:10，过硫酸铵的质量占溶液的0.05%，通N2搅拌30min后水浴加热至70°C，反应7h，得改性剂溶液；
[0009](2)有机改性蒙脱土的制备:将钠基蒙脱土分散在水中，得钠基蒙脱土溶液，通过盐酸调节溶液PH值为2?5，其中:钠基蒙脱土的质量占溶液的0.5?2% ;将步骤⑴得到的改性剂溶液加入到上述钠基蒙脱土溶液中，其中:改性剂与蒙脱土的质量比为0.2?0.8:1，搅拌混合3?4h，进行过滤和水洗，得有机改性蒙脱土 ；
[0010](3)磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备:将步骤(2)得到的有机改性蒙脱土分散在水中，得有机改性蒙脱土分散液，将三氯化铁和氯化亚铁加入该分散液中，其中:有机改性蒙脱土的质量占溶液的0.2%?0.5 %，三氯化铁与氯化亚铁的摩尔比为1.5:1，有机改性蒙脱土与三氯化铁的质量比为0.4?1.0:1 ;通N2搅拌30min后，在80°C加入氨水溶液，将溶液PH值控制在10?11，搅拌反应2h后，冷却、过滤、洗涤、干燥后研磨分散即得到磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0012]1、本发明采用两性聚合物对钠基蒙脱土进行改性，一方面通过改性在蒙脱土层间引入有机聚合物提高蒙脱土的层间距；另一方面引入大量的羧基，提高纳米复合材料对阳离子染料和重金属离子的吸附能力。
[0013]2、本发明采用原位化学反应将磁性纳米粒子引入两性聚合物改性蒙脱土层间进而获得剥离型结构，结合四氧化三铁的磁分离性能和两性聚合物改性蒙脱土对有机阳离子染料及重金属离子的高吸附特性，获得可磁分离且吸附能力强的磁性剥离型蒙脱土纳米复合吸附材料。
[0014]3、本发明制备工艺简单、条件可控，制得的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料成本低廉、易于分离且具有高吸附特性和优异环境友好特性，可以显著提高对有机阳离子染料和重金属离子的吸附效率和吸附容量，适用于工业废水处理等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为钠基蒙脱土(a)、有机改性蒙脱土(b)和磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料(c)的小角X射线衍射谱图；
[0016]从图1可以看出，蒙脱土的层间距从1.32nm增加到1.53nm，表明蒙脱土的成功改性，磁性蒙脱土纳米复合材料在1°?10°范围内没有衍射峰存在，表明了磁性蒙脱土纳米复合材料具有剥离型结构。
[0017]图2为Fe3O4 (a)和磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料(b)的广角X射线衍射谱图；
[0018]从图2可以看出，所制备的磁性蒙脱土纳米复合材料含有四氧化三铁的特征峰，表明磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的成功制备。
【具体实施方式】
[0019]以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0020]实施例1
[0021]将3.0g钠基蒙脱土分散于600mL的蒸馏水中，用盐酸调节溶液pH值为3，再将2.4g改性剂加入到上述溶液中，混合搅拌4h，过滤和水洗，获得有机改性蒙脱土。取有机改性蒙脱土 1.66g分散于700mL的蒸馏水中并加入2.69g六水合三氯化铁和1.32g四水合氯化亚铁，通N2搅拌30min后，在80°C加入氨水溶液，将溶液pH值控制在10?11，搅拌反应a后，冷却、过滤、洗漆，干燥后研磨分散即得到磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料。
[0022]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为60mg/L的10mL亚甲基蓝溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得亚甲基蓝浓度为0.98mg/L，吸附率为98.4%。
[0023]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为50mg/L的1mL罗丹明溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得罗丹明浓度为4.43mg/L，吸附率为91.1 %。
[0024]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为10mg/L的10mL镍离子溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得镍离子浓度为2.93mg/L，吸附率为70.7%。
[0025]实施例2
[0026]将3.0g钠基蒙脱土分散于300mL的蒸馏水中，用盐酸调节溶液pH值为3，再将
1.2g改性剂加入到上述溶液中，混合搅拌4h，过滤和水洗，获得有机改性蒙脱土。取有机改性蒙脱土 2.32g分散于700mL的蒸馏水中并加入2.69g六水合三氯化铁和1.32g四水合氯化亚铁，通N2搅拌30min后，在80°C加入氨水溶液，将溶液pH值控制在10?11，搅拌反应a后，冷却、过滤、洗漆，干燥后研磨分散即得到磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料。
[0027]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为60mg/L的10mL亚甲基蓝溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得亚甲基蓝浓度为0.12mg/L,吸附率为99.8%。
[0028]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为50mg/L的10mL罗丹明溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得罗丹明浓度为2.32mg/L，吸附率为95.3%。
[0029]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为10mg/L的1mL镍离子溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得镍离子浓度为1.54mg/L，吸附率为84.6%。
[0030]实施例3
[0031]将4.5g钠基蒙脱土分散于300mL的蒸馏水中，用盐酸调节溶液pH值为3，再将0.9g改性剂加入到上述溶液中，混合搅拌4h，过滤和水洗，获得有机改性蒙脱土。取有机改性蒙脱土 2.69g分散于700mL的蒸馏水中并加入2.69g六水合三氯化铁和1.32g四水合氯化亚铁，通N2搅拌30min后，在80°C加入氨水溶液，将溶液pH值控制在10?11，搅拌反应a后，冷却、过滤、洗漆，干燥后研磨分散即得到磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料。
[0032]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为60mg/L的10mL亚甲基蓝溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得亚甲基蓝浓度为0.76mg/L,吸附率为98.7%。
[0033]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为50mg/L的1mL罗丹明溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得罗丹明浓度为3.21mg/L，吸附率为93.6%。
[0034]取0.1Og上述纳米复合材料，投入初始浓度为10mg/L的1mL镍离子溶液中，吸附6h后，磁铁分离吸附剂后，测得镍离子浓度为3.42mg/L，吸附率为65.8%。
【权利要求】
1.一种用于废水处理的磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法具体步骤如下: (1)改性剂溶液的制备:将甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化铵、甲基丙烯酸和过硫酸铵溶于去离子水中，其中甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化铵与甲基丙烯酸的总质量占溶液的5%，甲基丙烯酰氧乙基-3-甲基氯化铵与甲基丙烯酸的摩尔比为1:10，过硫酸铵的质量占溶液的0.05%，通N2搅拌30min后水浴加热至70°C，反应7h，得改性剂溶液； (2)有机改性蒙脱土的制备:将钠基蒙脱土分散在水中，得钠基蒙脱土溶液，通过盐酸调节溶液PH值为2?5，其中:钠基蒙脱土的质量占溶液的0.5?2% ;将步骤(I)得到的改性剂溶液加入到上述钠基蒙脱土溶液中，其中:改性剂与蒙脱土的质量比为0.2?0.8:1，搅拌混合3?4h，进行过滤和水洗，得有机改性蒙脱土 ； (3)磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料的制备:将步骤(2)得到的有机改性蒙脱土分散在水中，得有机改性蒙脱土分散液，将三氯化铁和氯化亚铁加入该分散液中，其中:有机改性蒙脱土的质量占溶液的0.2%?0.5%，三氯化铁与氯化亚铁的摩尔比为1.5:1，有机改性蒙脱土与三氯化铁的质量比为0.4?1.0:1 ;通队搅拌30min后，在80°C加入氨水溶液，将溶液PH值控制在10?11，搅拌反应2h后，冷却、过滤、洗涤、干燥后研磨分散即得到磁性剥离型蒙脱土纳米复合材料。
【文档编号】B01J20/22GK104258816SQ201410576782
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】陈均, 赵永腾, 洪小琴, 张千峰 申请人:安徽工业大学