一种海泡石的改性方法及改性海泡石在废水处理中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料制备及环保工程领域，特别涉及一种海泡石的改性方法及改性海 泡石在废水处理中的应用。
【背景技术】
[0002] 海泡石是一种价格低廉的无机吸附材料，但是天然的海泡石矿石品位低，杂质含 量较高，将其直接用做吸附材料，效果并不理想。因此，目前对海泡石的改性研究很多，海泡 石的改性主要包含物理包覆、酸碱活化、热活化、无机物改性及有机物质改性等方法。对海 泡石进行一定的改性，可以增强其吸附能力，而对其接枝某些有机化合物或使其与金属元 素相结合，有望使其提高吸附能力，从而能够在废水处理、污水土壤的修复等领域具有较好 的应用。
[0003] 中国专利201310273191.4,采用十六烷基三甲基溴化铵对海泡石进行改性，尽管 吸附性能得到了明显提高，但是十六烷基三甲基溴化铵是一种成本较高的有机物，并且在 其制备过程中因其使用可能导致新的污染，因而不宜用于工业化生产。
[0004] 纤维素作为在自然界存在最广的多糖，价格低，获得途径也很广泛，因此，将其用 于对海泡石进行改性，可以获得非常低的成本。中国专利201310262836.3公开了一种有机 改性海泡石吸附剂的制备方法，采用纤维素改性海泡石，纤维素廉价易得，同时本发明中所 采用的制备方法非常简单，从而显著降低了改性成本，然而也仍然存在不足:所得改性海泡 石材料只对废水中苯酚有很好的吸附效果，而对重金属或其它有机物污染物的吸附能力并 不强，因而其应用仍然存在较大的局限性，同时在制备过程中使用到六水合硫酸亚铁铵这 种催化剂，由于它的毒性和刺激性，也会给环境带来污染，不符合绿色环保的要求。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术的不足，本发明提供一种海泡石的改性方法及改性海泡石在废 水处理中的应用。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] -种海泡石的改性方法，包括酸改性海泡石与纤维素及铁盐的水热反应，所述的 铁盐为氯化铁或/和氯化亚铁。
[0008] 进一步地，酸改性海泡石与纤维素的质量比为1:6~20;铁盐与酸改性海泡石的配 比为 0.015 ~0.03mol/g。
[0009] 进一步地，所述的水热反应，温度为160~300°C，时间为10~30小时。
[0010] 进一步地，所述的酸改性海泡石，其酸改性包括：在海泡石中加入浓度为0.5~ 4mol/L的盐酸或硝酸溶液，处理时间为0.5~6小时，温度为20~80 °C，海泡石与盐酸的质量 体积比为1:5~20g/ml，得到酸改性海泡石。
[0011] 进一步地，所述的铁盐优选氯化铁，或物质的量之比为1.5~3的氯化铁与氯化亚 铁的混合物。
[0012] 进一步地，还包括水热反应后的过滤、洗涤及干燥。
[0013] 上述的改性海泡石应用于废水处理中，具体方法如下：
[0014] 先配制一系列不同浓度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同时配制含不同浓度苯酚的 溶液，分别以它们为工作液，向其添加改性海泡石，改性海泡石与工作液的质量体积比为1: 1~2g/L，震荡吸附2~8小时，取上层清液，对其中的Pb 2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+浓度采用原子吸收 分光光度计测定，同时采用液相分析法对吸附前后的苯酚浓度进行测定，根据吸附前后工 作液中重金属离子或苯酚浓度差计算改性海泡石吸附剂对重金属或苯酚的吸附率。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] (1)本发明的制备方法非常简单，制备条件很温和，所涉及的反应温度低，能耗少， 所采用的改进物质纤维素成本低廉，而铁盐不仅能通过与海泡石结合提升吸附效果，而且 还能水热合成过程中起到一定的催化作用，强化催化效果，避免了六水合硫酸亚铁铵等有 毒催化剂的使用，所制备的改性海泡石性能优良，不仅能够保持对有机污染物苯酚较高的 吸附率，同时对重金属的吸附率也较高。
[0017] (2)本发明通过纤维素和铁盐对海泡石的共同改性，将所得改性海泡石用于废水 处理中，不仅使得所改性海泡石易于回收，因为改性后具有了一定的磁性，便于采用磁分选 等方式对其加以回收，同时也提高了改性海泡石对重金属及有机物的吸附能力，明显优于 单独磁改性或单独有机改性的吸附效果。
[0018] (3)本发明的方法具有节约能耗，绿色环保的优势，所得改性海泡石应用前景广 阔，不仅能够用于废水处理中，而且还能用于污染土壤的修复及建筑材料中。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
[0020] 实施例1
[0021 ] -种海泡石的改性方法，包括如下步骤：
[0022] (1)在100g海泡石中加入800ml浓度为1.2mol/L的盐酸溶液，控制温度为40°C，处 理4小时，得到酸改性海泡石；
[0023] (2)在上述酸改性海泡石中加入600g纤维素及1.5mol氯化铁配成的溶液，进行水 热反应，温度为200°C，时间为20小时；
[0024] (3)过滤、洗涤，然后120 °C干燥10小时后即可得到改性海泡石。
[0025] 实施例2
[0026] -种海泡石的改性方法，包括如下步骤：
[0027] (1)在100g海泡石中加入600ml浓度为2mol/L的硝酸溶液，控制温度为60 °C，处理6 小时，得到酸改性海泡石；
[0028] (2)在上述酸改性海泡石中加入1500g纤维素及2mol氯化铁配成的溶液，进行水热 反应，温度为160°C，时间为30小时；
[0029] (3)过滤、洗涤，然后120 °C干燥10小时后即可得到改性海泡石。
[0030] 实施例3
[0031 ] -种海泡石的改性方法，包括如下步骤：
[0032] (1)在100g海泡石中加入1000 ml浓度为1.5mol/L的盐酸溶液，控制温度为80°C，处 理5小时，得到酸改性海泡石；
[0033] (2)在上述酸改性海泡石中加入1500g纤维素及1.3mol氯化铁和0.7mol氯化亚铁 配成的溶液，进行水热反应，温度为300°C，时间为20小时；
[0034] (3)过滤、洗涤，然后120 °C干燥10小时后即可得到改性海泡石。
[0035] 对比例1
[0036] 不进行改性，直接对本发明所用天然海泡石进行吸附实验。
[0037] 对比例2
[0038]按照实施例3的操作步骤，不同的是:不加氯化铁及氯化亚铁的混合物。
[0039] 对比例3
[0040] 按照实施例3的操作方法，不同的是:不加氯化铁及氯化亚铁的混合物的添加，而 改加200g的六水合硫酸亚铁铵作为催化剂。
[0041 ] 对比例4
[0042]按照实施例3的操作方法，不同的是:不加纤维素。
[0043]将上述实施例或对比例所得海泡石用于废水处理，具体方法如下：
[0044] 先配制一系列不同浓度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同时配制含苯酚的溶液，分别 以它们为工作液，向其添加改性海泡石，改性海泡石与工作液的质量体积比为1: lg/L，震荡 吸附6小时，取上层清液，对其中的Pb2+、Cd2+、Cu 2+和Cr6+浓度采用原子吸收分光光度计测定， 同时采用液相分析法对吸附前后的苯酚浓度进行测定，根据吸附前后工作液中重金属离子 或苯酚浓度差计算改性海泡石吸附剂对重金属或苯酚的吸附率，具体吸附率如表1所示。
[0045] 表1各实施例及对比例所得海泡石的吸附率
[0048]从以上实施例与对比例的吸附数据可以看出，天然海泡石对废水中的重金属的吸 附效果较差，特别是对苯酚等有机物的吸附效果非常差，而对海泡石进行纤维素改性后，吸 附性能特别是对苯酚的吸附性能得到显著提升，但是纤维素的改性需要依赖六水合硫酸亚 铁铵等催化剂的添加才能取得对苯酚的良好的吸附效果，并且对重金属的吸附效果仍然不 佳，而如果没有催化剂的存在，纤维素改性的海泡石吸附效果提升不明显，即使是对苯酚的 吸附率也不高，而仅仅采用铁盐改性海泡石，虽然重金属的吸附能力明显提升，但是对苯酚 等有机物的吸附能力提升却不明显，本发明采用纤维素和铁盐同时对海泡石进行改性，条 件温和，而且不需要额外添加催化剂，所得的海泡石对重金属及苯酚等有机物的吸附能力 均得到显著的提升。为了考察本发明所得改性海泡石的稳定性，将实施例3所得海泡石与对 比例4所得海泡石吸附后进行回收再生后再吸附，结果显示，重复3次后，对比例4所得海泡 石的吸附能力显著下降，而实施例3所得海泡石的吸附能力只是略有下降，这表明，本发明 所得改性海泡石的稳定性较好。
【主权项】
1. 一种海泡石的改性方法，其特征在于，包括酸改性海泡石与纤维素及铁盐的水热反 应，所述的铁盐为氯化铁或/和氯化亚铁。2. 根据权利要求1所述的海泡石的改性方法，其特征在于，酸改性海泡石与纤维素的质 量比为1:6~20;铁盐与酸改性海泡石的配比为0.015~0.03mol/g。3. 根据权利要求1或2所述的海泡石的改性方法，其特征在于，水热反应的温度为160~ 300°C，时间为10~30小时。4. 根据权利要求3所述的海泡石的改性方法，其特征在于，所述的酸改性海泡石，其酸 改性包括:在海泡石中加入浓度为0.5~4mol/L的盐酸或硝酸溶液，处理时间为0.5~6小 时，温度为20~80°C，海泡石与盐酸的质量体积比为1:5~20g/ml，得到酸改性海泡石。5. 根据权利要求1所述的海泡石的改性方法，其特征在于，所述的铁盐为氯化铁，或物 质的量之比为1.5~3的氯化铁与氯化亚铁的混合物。6. 根据权利要求1所述的海泡石的改性方法，其特征在于，还包括水热反应后的过滤、 洗涤及干燥。7. 权利要求1至6任一项所述的改性方法得到的改性海泡石在废水处理中的应用。8. 根据权利要求7所述的改性海泡石在废水处理中的应用，具体方法如下： 先配制一系列不同浓度的Pb2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+溶液，同时配制含不同浓度苯酚的溶液， 分别以它们为工作液，向其添加改性海泡石，改性海泡石与工作液的质量体积比为1:1~ 2g/L，震荡吸附2~8小时，取上层清液，对其中的Pb 2+、Cd2+、Cu2+和Cr6+浓度采用原子吸收分 光光度计测定，同时采用液相分析法对吸附前后的苯酚浓度进行测定，根据吸附前后工作 液中重金属离子或苯酚浓度差计算改性海泡石吸附剂对重金属或苯酚的吸附率。
【专利摘要】本发明公开了一种海泡石的改性方法及改性海泡石在废水处理中的应用，采用纤维素与铁盐共同对海泡石进行改性，具体包括海泡石的酸处理和酸改性海泡石与纤维素及铁盐的共同水热反应。本发明的制备方法非常简单，制备条件很温和，所涉及的反应温度低，能耗少，所采用的改进物质纤维素成本低廉，而铁盐不仅能通过与海泡石结合提升吸附效果，而且还能水热合成过程中起到一定的催化作用，强化催化效果，避免了六水合硫酸亚铁铵等有毒催化剂的使用，所制备的改性海泡石性能优良，不仅能够保持对苯酚等有机污染物较高的吸附率，同时对重金属的吸附率也较高。
【IPC分类】C02F1/62, C02F1/28, C02F101/34, B01J20/12, B01J20/30, B01J20/28
【公开号】CN105617981
【申请号】CN201610068846
【发明人】郝芳, 张文斌, 刘平乐, 熊伟, 熊绍峰, 罗和安
【申请人】湘潭大学, 湘潭源远海泡石新材料股份有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月30日