油菜秸秆/水滑石复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种油菜秸杆/水滑石复合材料及其制备 方法和在水处理方面的应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着我国资源利用强度的加大，各大湖泊富营养化现象日益严重。生态系 统退化、水华频繁爆发，严重影响人类的生产生活，这成为制约我国社会和国民经济持续发 展的重大环境问题。
[0003] 磷是导致水体富营养化的主要污染因子，富营养化水体中磷污染源主要是外部 (农业施肥、含磷废水超标排放等）进入水体的磷。在常见的除磷方法中，应用最为广泛的 是工艺设备简单、处理费用低的物理化学法。其中基于环境矿物材料的吸附法被认为是有 效的治理方法之一。矿物材料因其来源广泛、价格低廉易得、再生容易、可多次重复使用及 无二次污染等特点，在磷处理研宄中受到广泛关注。
[0004] 天然饮用水中含有大的腐殖酸，对植物界、动物界，甚至是人类都产生了影响。对 于腐殖酸处理的方法中，活性炭吸附法运用得最多。但单纯用活性炭吸附去除腐殖酸的效 果不明显，许多专家将活性炭吸附法进行了改进或与联用其它方法取得了较好的效果。但 是单独应用这种方法，腐殖酸的去除并不理想，同其它工艺的结合操作复杂，同时要考虑活 性炭是否能再生。因此考虑采用未经过碳化的农作物秸杆吸附腐殖酸，实现腐殖酸的高效 且低成本的去除。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种油菜秸杆/水滑石复合材料及其制备方法，其制备工艺 简单，原料价格低廉的复合材料，其既能够拥有高效的除磷与腐殖酸又能够保证环境友好 性。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用技术方案如下：一种油菜秸杆/水滑石复合材料的 制备方法，包括有以下步骤：将油菜秸杆分批次加入NaOH溶液，磁力搅拌，形成均匀的油菜 秸杆悬浮液；将水滑石和蒸馏水加入容器中，搅拌后缓慢加入油菜秸杆悬浮液，升温反应后 离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在真空干燥后研磨过筛，制备出油菜秸杆/水滑石复合 材料。
[0007] 按上述方案，所述NaOH溶液的质量分数为10~30%。
[0008] 按上述方案，所述油菜秸杆与水滑石的质量比为0. 6~1. 4。
[0009] 按上述方案，所述加入油菜秸杆磁力搅拌时间为20~40min。
[0010] 按上述方案，所述加入水滑石和蒸馏水之后的搅拌时间为20~40min。
[0011] 按上述方案，所述升温反应温度为50~70°C，反应时间为4~8h。
[0012] 按上述方案，所述烘干温度为100~110 °C。
[0013] 上述油菜秸杆/水滑石复合材料在水处理中的应用。
[0014] 本发明利用秸杆/水滑石复合材料吸附磷与腐殖酸，使复合材料在自然条件下既 能高效除磷与腐殖酸又能保证材料的环境友好性。这种技术实现了天然矿物资源和农业秸 杆的充分有效利用，为水体中磷和腐殖酸的去除提供了新的原理和方法。
[0015] 本发明的有益效果：
[0016] 本发明所用的原材料水滑石与秸杆是自然物质，价格低廉，来源广泛，利用其制备 的复合材料，过程简单，又是环境友好型材料；本发明利用水滑石与秸杆的吸附作用去除水 体中的磷与腐殖酸，达到高效的去除效果；采用了一种创新方法-溶液插层复合法，制备得 到一种除磷和腐殖酸效果不错的油菜秸杆/水滑石复合材料；治理污水，处理效率高，处理 效率可达90%以上，成本低，操作方便，而且易于广泛实施。
【附图说明】
[0017] 图1为实施例3秸杆/水滑石复合材料的XRD图；
[0018] 图2为实施例3秸杆/水滑石复合材料FTIR图；
[0019] 图3为实施例3秸杆/水滑石复合材料对磷的去除效果；
[0020] 图4为实施例3秸杆/水滑石复合材料对腐殖酸去除效果。
【具体实施方式】
[0021 ] 以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
[0022] 实施例1秸杆/水滑石复合材料的制备
[0023] 按油菜秸杆与水滑石质量比为0. 6:1制备复合材料。将油菜秸杆分批次加入 120mL12% (质量分数）的NaOH溶液，磁力搅拌0· 5h，形成均匀的油菜秸杆悬浮液。将水滑 石和120mL蒸馏水加入三口烧瓶，搅拌（500r/min)0. 5h后缓慢加入油菜稻杆悬浮液，升温 至50°C，反应6h后离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在105°C真空干燥5h后研磨过200 目筛，制备出油菜秸杆/水滑石复合材料。
[0024] 实施例2
[0025] 按油菜秸杆与水滑石质量比为0. 8:1制备复合材料。将油菜秸杆分批次加入 120mL16% (质量分数）的NaOH溶液，磁力搅拌0.5h，形成均匀的油菜秸杆悬浮液。将水 滑石和120mL蒸馏水加入三口烧瓶中，搅拌（500r/min)0. 5h后缓慢加入油菜稻杆悬浮液， 升温至55°C，反应6h后离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在105°C真空干燥5h后研磨过 200目筛，制备出油菜秸杆/水滑石复合材料。
[0026] 实施例3
[0027] 按油菜秸杆与水滑石质量比为1:1制备复合材料。将油菜秸杆分批次加入 120mL20% (质量分数）的NaOH溶液，磁力搅拌0· 5h，形成均匀的油菜秸杆悬浮液。将水 滑石和120mL蒸馏水加入三口烧瓶中，搅拌（500r/min)0. 5h后缓慢加入油菜稻杆悬浮液， 升温至60°C，反应6h后离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在105°C真空干燥5h后研磨过 200目筛，制备出油菜秸杆/水滑石复合材料。
[0028] 附图1所示，本实施例秸杆/水滑石复合材料的XRD图。由图可知，位于2 Θ = 22. 97°、2Θ = 34. 80°、2Θ =43. 10°与2Θ = 62. 39°的吸收峰为水滑石的特征吸收 峰。油菜秸杆的特征吸收峰位于2Θ =22.21°。油菜秸杆与水滑石复合后，2Θ =22.21°， 2Θ = 30.73°这些衍射峰的消失说明油菜秸杆与水滑石发生了相互作用。
[0029] 附图2所示，本实施例秸杆/水滑石复合材料FTIR图。从水滑石图谱可知，波数 为3473CHT 1处对应的吸收峰为O-H伸缩振动峰，波数为1638cm 4为水分子中H-O-H弯曲振 动峰，位于1372CHT1处对应的吸收峰为水滑石层间CO广阴离子振动。当水滑石与油菜秸杆 结合后，从其复合材料的FTIR图可以观察到明显的变化。图谱上显示3452CHT 1处的峰向 3459CHT1方向移动，并且峰形变宽，表明氢键作用加强。另外，位于1056CHT 1的峰消失，在 487CHT1处出现了新峰，说明油菜秸杆和水滑石之间发生了相互作用。
[0030] 配制含不同浓度的磷酸二氢钾溶液，加入复合材料后，摇匀，放于恒温摇床中，设 置好温度、转速和时间。定期取样，12000r/min离心3min后，取一定体积上清液于比色管 中，按照钼酸铵分光光度法（GB/T11893-1989)测定溶液中磷的浓度。同时设置一个不加秸 杆/水滑石复合材料的空白样品同样条件下进行实验对比。结果表明，随着处理时间的进 行，磷酸二氢钾溶液的浓度不断降低，复合材料对磷的最大去除率高达90%。参照附图3所 示，本实施例秸杆/水滑石复合材料对磷的去除效果。
[0031] 配制含不同浓度的腐殖酸溶液，加入材料后，摇匀，放于恒温摇床中，设置好温度、 转速和时间。定期取样，12000r/min离心3min后，取一定体积上清液于比色管中，根据取不 同时间段的样品进行离心，再取上清液于石英比色皿中进行测定UV254的值，并从标准曲 线中计算出HA的实际浓度。结果表明，光催化175min后，腐殖酸降解率达70%，因此秸杆 /水滑石复合材料对腐殖酸都具有良好的吸附性能。
[0032] 秸杆/水滑石复合材料除磷过程中，对反应前后溶液中总硬度和Al浓度含量进行 测定。结果表明，秸杆/水滑石复合材料对溶液中总硬度和Al浓度含量无影响。
[0033] 实施例4
[0034] 按油菜秸杆与水滑石质量比为1. 2:1制备复合材料。将油菜秸杆分批次加入 120mL24% (质量分数）的NaOH溶液，磁力搅拌0.5h，形成均匀的油菜秸杆悬浮液。将水 滑石和120mL蒸馏水加入三口烧瓶中，搅拌（500r/min)0. 5h后缓慢加入油菜稻杆悬浮液， 升温至65°C，反应6h后离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在105°C真空干燥5h后研磨过 200目筛，制备出油菜秸杆/水滑石复合材料。
[0035] 实施例5
[0036] 按油菜秸杆与水滑石质量比为1. 4:1制备复合材料。将油菜秸杆分批次加入 120mL28% (质量分数）的NaOH溶液，磁力搅拌0· 5h，形成均匀的油菜秸杆悬浮液。将水 滑石和120mL蒸馏水加入三口烧瓶中，搅拌（500r/min)0. 5h后缓慢加入油菜稻杆悬浮液， 升温至70°C，反应6h后离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在105°C真空干燥5h后研磨过 200目筛，制备出油菜秸杆/水滑石复合材料。
[0037] 实施例1-5性能表征具体数据见下表：
[0038] 表1不同秸杆/水滑石复合材料对各种污染物的去除效果
[0039]
【主权项】
1. 一种油菜秸杆/水滑石复合材料的制备方法，包括有以下步骤：将油菜秸杆分批次 加入NaOH溶液，磁力搅拌，形成均匀的油菜秸杆悬浮液；将水滑石和蒸馏水加入容器中，搅 拌后缓慢加入油菜秸杆悬浮液，升温反应后离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在真空干燥 后研磨过筛，制备出油菜秸杆/水滑石复合材料。
2. 根据权利要求1所述的油菜秸杆/水滑石复合材料的制备方法，其特征在于所述 NaOH溶液的质量分数为10~30%。
3. 根据权利要求1所述的油菜秸杆/水滑石复合材料的制备方法，其特征在于所述油 菜稻杆与水滑石的质量比为〇. 6~1. 4。
4. 根据权利要求1所述的油菜秸杆/水滑石复合材料的制备方法，其特征在于所述加 入油菜稻杆磁力搅拌时间为20~40min。
5. 根据权利要求1所述的油菜秸杆/水滑石复合材料的制备方法，其特征在于所述加 入水滑石和蒸馏水之后的搅拌时间为20~40min。
6. 根据权利要求1所述的油菜秸杆/水滑石复合材料的制备方法，其特征在于所述升 温反应温度为50~70°C，反应时间为4~8h。
7. 根据权利要求1所述的油菜秸杆/水滑石复合材料的制备方法，其特征在于所述烘 干温度为100~110 °C。
8. 权利要求1~7任一项制备方法所得的油菜秸杆/水滑石复合材料。
9. 权利要求8所述的油菜秸杆/水滑石复合材料在水处理中的应用。
【专利摘要】本发明涉及一种油菜秸秆/水滑石复合材料及其制备方法和在水处理方面的应用，将油菜秸秆分批次加入NaOH溶液，磁力搅拌，形成均匀的油菜秸秆悬浮液；将水滑石和蒸馏水加入容器中，搅拌后缓慢加入油菜秸秆悬浮液，升温反应后离心分离，最后用蒸馏水洗至中性，在真空干燥后研磨过筛，制备出油菜秸秆/水滑石复合材料。本发明的有益效果：本发明所用的原材料水滑石与秸秆是自然物质，价格低廉，来源广泛，利用其制备的复合材料，过程简单，又是环境友好型材料；达到高效的去除效果；治理污水，处理效率高，处理效率可达90％以上，成本低，操作方便，而且易于广泛实施。
【IPC分类】B01J20-22, B01J20-30, C02F1-28
【公开号】CN104815619
【申请号】CN201510219127
【发明人】陈金毅, 王婷, 邱喜, 蒋钦凤, 何欣
【申请人】武汉工程大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月29日