用于去除低浓度苯系物的多孔复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水处理材料，尤其涉及一种用于去除低浓度苯系物的多孔复合材 料，同时，还涉及该多孔复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 苯及苯系物因其特定的化学性质，对自然环境和人类健康会产生巨大的危害， 2008年已被世界卫生组织确定为强致癌物质。然而在化工行业中，苯及其同系物是重要的 原料，在有机合成、橡胶、油漆和染料、合成纤维、石油加工、制药、纤维素等生产领域，产生 的废水、废气，都会造成苯系物的大量排放。当苯系物进入水体后，水体的物理、化学性质及 放射性都发生改变，水体内的生物群落组直接受到影响，水面出现大量漂浮液体，并带有刺 激性气味，鱼类及其它水生生物大面积死亡，水系生态平衡被严重破坏并在短时间内难以 恢复。
[0003] 目前，去除水中苯及其同系物的方法主要有光催化降解、膜分离法、生物降解法和 吸附法。光催化降解具有高效、反应快的特点，但由于在其降解有机物的过程中会产生稳定 的中间产物从而抑制其继续氧化，不能完全被氧化为CO 2，降解不完全；膜分离法虽然能够 较好的去除水中的苯系污染物，但存在清洗困难、设备与操作费用高等缺点，且膜处理技术 只适用于小型水处理工艺；生物降解法中能降解苯系物的菌种较少，且占地面积大，基建成 本高。相比之下，吸附法在去除苯系污染物时有较大优势，现在用于处理水污染的吸附剂主 要有碳分子筛，碳纳米管，活性炭等，然而这些多孔碳在实际应用中却因价格高，占运行成 本大，微孔吸附后难脱附，再生复杂等问题在工业化实施过程中受到很多限制。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种成本低、使用效果好的用于去 除低浓度苯系物的多孔复合材料。
[0005] 为实现上述目的，本发明的用于去除低浓度苯系物的多孔复合材料，是由凹凸棒 土与吸收苯系物的分子筛构成复合载体，并负载有活性组分钨和钛的硝酸盐；所述凹凸棒 土与吸收苯系物的分子筛的重量比为I: (1~4)，所述复合载体与钨硝酸盐、钛硝酸盐的重 量比为 1: (0. 5 ~0. 7) : (4 ~12)。
[0006] 用于苯系物吸收的分子筛目前有MCM-41分子筛、SBA-15分子筛、HY分子筛、HMS分 子筛和ZSM-5分子筛，具有多孔结构的分子筛，由于在使用时易发生团聚导致吸附量显著 下降从而限制了分子筛的使用。本发明采用凹凸棒土作为基体与吸收苯系物的分子筛进行 复配，利用凹凸棒土具有的高吸附性、较强的离子交换和与小尺寸纳米颗粒相结合的特性， 与吸收苯系物的分子筛协同作用，使构成的复合载体稳定易分散，且具有独特的孔道结构、 孔道可调节性及大的比表面积，能够选择性吸附苯系物，极大增强了对苯系物的吸附性能， 再以钨（W)和钛（Ti)的硝酸盐水溶液为活性组分负载于复合载体上，使得到的多孔复合材 料提高了表面的氧化性能，能够对苯系物起到催化降解作用，从而加速了苯系物的降解，实 现对苯系物的去除。本发明的多孔复合材料具有吸附并降解苯系物的双重作用，可用于去 除水中低浓度的苯系物。凹凸棒土、吸收苯系物的分子筛及活性组分钨硝酸盐、钛硝酸盐的 重量配比会直接影响负载量，负载量的控制对于复合材料的活性、对苯系物的吸附量和去 除率很重要，活性组分的量过低，达不到负载效果，活性组分的量过高，造成过量的钨、钛负 载于复合载体表面，堵塞表面活性位，造成孔道直接吸附有机物的能力下降，因此对各原料 的重量配比进行限定。
[0007] 作为对上述方式的限定，所述吸收苯系物的分子筛为SBA-15分子筛或MCM-41分 子筛。
[0008] SBA-15分子筛、MCM-41分子筛具有高度有序排列的孔道结构，孔径均匀且尺寸可 调，孔体积大、比表面积大、吸附容量高，具有易于修饰的硅羟基，可以通过硅烷基化反应将 功能化基团牢固地结合在孔道表面，与凹凸棒土构成的复合载体不仅客服了单分子筛易团 聚的问题，而且增加了表面活性位点，从而增加了复合载体对苯系物的选择性和吸附容量。
[0009] 作为对上述方式的限定，所述凹凸棒土为经无机酸活化后的凹凸棒土，所述无机 酸为盐酸、硫酸或磷酸中的任一种。
[0010] 凹凸棒土经无机酸活化后，增加了其表面活性位，同时通过空间位阻效应，可降低 分子筛的聚合度，提高其对苯系物的吸附效果。
[0011] 同时，本发明如上所述的用于去除低浓度苯系物的多孔复合材料的制备方法，包 括以下步骤：
[0012] a、取凹凸棒土、吸收苯系物的分子筛，混合均勾，加入到水中或浓度为1~5g/L的 NaCl溶液中，充分搅拌，再经过过滤、干燥、焙烧、压片成型，得到复合载体；
[0013] b、将步骤a得到的复合载体在钨和钛的硝酸盐水溶液中浸渍，然后干燥、焙烧，得 到用于去除低浓度苯系物的多孔复合材料。
[0014] 制备过程中通过水或NaCl溶液使凹凸棒土与吸收苯系物的分子筛充分交联，便 于复合载体的制备及物质间协同作用的发挥。
[0015] 作为对上述方式的限定，所述步骤b中浸渍温度为20~80°C，浸渍时间为5~ 13h〇
[0016] 制备过程中金属钨离子、钛离子的负载浸渍条件对复合材料的活性影响较大，限 定浸渍温度和浸渍时间，使复合材料的活性最大。
[0017] 作为对上述方式的限定，其特征在于：所述步骤a中搅拌温度为70~90°C，搅拌 时间为4~6h。
[0018] 步骤a中搅拌温度和时间的限定是为了使凹凸棒土与分子筛的分散更均匀，分子 筛吸附于凹凸棒土的效果更好，对复合材料整体吸附效果的影响不大。
[0019] 作为对上述方式的限定，所述步骤a中焙烧温度为200~400°C，焙烧时间为3~ 7h〇
[0020] 作为对上述方式的限定，所述步骤b中焙烧温度为500~600°C，焙烧时间为4~6h〇
[0021] 综上所述，采用本发明的技术方案，获得的多孔复合材料能够吸附并降解水中的 苯系物，可用于去除水中低浓度的苯系物，对苯系物的吸附量高，去除效果好，无二次污染， 并可循环使用。本发明用于去除低浓度苯系物的多孔复合材料的制备方法，工艺简单，成本 低廉，适于工业化生产应用。
【具体实施方式】
[0022] 实施例一
[0023] 本实施例涉及一组用于去除低浓度苯系物的多孔复合材料及其使用效果对比。低 浓度苯系物中苯系物含量一般为l〇mg/L~40mg/L，使用效果实验在管式反应器中进行，常 压，反应温度30°C，废水的质量空速为I. 5h \反应后混合物进入储槽，取上层清液5ml以 CS2萃取，用气相色谱仪测定苯系物的浓度。待处理废水中苯系物含量为29mg/L，各多孔复 合材料的组成及使用效果如下表所示：
[0024]
[0025] 由上表结果可见，多孔复合材料中凹凸棒土和分子筛的重量配比不同，制备出的 复合材料活性、苯系物吸附量和去除率会存在较大差异。多孔复合材料以无机酸活化的凹 凸棒土与SBA-15分子筛作为复合载体效果最佳，当无机酸活化的凹凸棒土与SBA-15分子 筛的重量比为2:3