一种改性膨润土污水处理材料的制备方法
【专利摘要】本发明提出了一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将钛酸四丁酯加入无水乙醇中，再加入冰乙酸，制得溶液A；（2）将金属硝酸盐加入去离子水中，然后加入无水乙醇和硝酸，制得溶液B；（3）将膨润土加入去离子水中，然后加入冰乙酸，制得悬浮液C；（4）将溶液B缓慢加入溶液A中，形成溶液D，然后将溶液D缓慢加入悬浮液C中形成凝胶；（5）将凝胶干燥，研磨，洗涤，干燥后热处理，制得TiO2改性的膨润土；（6）将TiO2改性的膨润土加入到有机阳离子表面活性剂溶液中，过滤后洗涤，烘干，制得成品。本发明制备的改性膨润土污水处理材料对有机物、重金属离子、N、P等均具有较强的吸附降解能力。
【专利说明】
一种改性膨润土污水处理材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种污水处理材料的制备方法，具体涉及一种改性膨润土污水处理材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工农业的快速发展，水资源污染问题也日益严重，直接威胁着人类健康和社会经济的可持续发展。污水中含有大量的有机污染物、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、重金属离子，特别是近年来，海洋、湖泊中N、P含量过高，引起严重富营养化。因此，污水处理问题越来越成为社会的热点及难点问题。
[0003]膨润土是以蒙脱石为主要成分的天然纳米吸附材料，阳离子交换容量大，对污染物具有较强的吸附能力，蒙脱石层间也能吸附水化阳离子，使层间膨胀，比表面积增大，吸附能力增强。近年来被广泛应用于工业废水中有机污染物、重金属的吸附处理。此外，膨润土还广泛应用于石油、日用、化工、能源和环保等领域。现膨润土改性的研究基本是酸化、钠化、有机改性等单一方法，对污染物的去除能力有待提高。
[0004]T12作为一种半导体光催化材料，经光照后产生的空穴氧化性很强，能够氧化大部分的有机污染物分子，对水和空气中的酚类、烃类、染料等污染物有很好的去除效果。同时，T12的化学性质稳定，并且无毒，不会对环境造成污染和危害。但纯T1 2光催化自然光利用率不高，只有波长较短的紫外光才能被其吸收和利用，太阳光中紫外光只占5%，极大的限制了 T12光催化的应用范围，影响了 T1 2的光催化性能。
【发明内容】
[0005]本发明针对目前膨润土和T12材料污水处理方面的问题，提出一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，这种改性膨润土污水处理材料将有机阳离子表面活性剂添加到膨润土中，增大了蒙脱石的层间距，增大了吸附的比表面积，同时，将金属掺杂的T12负载在膨润土上，提高了光催化活性并且增大了对可见光的吸收利用。改性的膨润土污水处理材料有效的提高了对有机物、重金属离子、特别是对N、P的吸附或降解。
[0006]本发明提出的一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，包括如下步骤:
(1)将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，再加入冰乙酸，搅拌，其中，钛酸四丁酯、无水乙醇、冰乙酸的体积比为(7?15): (20?48): (I?6)，制得均匀透明的淡黄色溶液A ;
(2)将一定量的金属硝酸盐加入到去离子水中，然后加入无水乙醇和硝酸，其中，去离子水、无水乙醇和硝酸的体积比为(5?15): (40?100): (2?6)，制得溶液B;
(3)将一定量的膨润土加入到去离子水中搅拌，然后加入冰乙酸，继续搅拌，其中去离子水和冰乙酸的体积比为(20?40): (7?12)，制得悬浮液C ；
(4 )将步骤(2 )所得溶液B缓慢加入到步骤(I)所得溶液A中，形成溶液D，然后将溶液D缓慢加入到悬浮液C中，并伴随搅拌0.5?2h，其中，溶液A、溶液B和悬浮液C的体积比为(60?80): (40?55): (90?110)，形成溶胶，并静置陈化，形成凝胶； (5)将步骤(4)所得凝胶干燥，研磨，并用去离子水充分洗涤，继续干燥后热处理，制得掺杂金属元素的T12改性的膨润土 ；
(6)将步骤(5)所得T12改性的膨润土加入到有机阳离子表面活性剂溶液中，50?80°C恒温搅拌2?10h，过滤后用去离子水洗涤，50?100°C下烘干，研磨，制得成品。
[0007]所述步骤(2)的金属硝酸盐为Fe、Al、La、Ce、Y和Bi中的一种或多种的金属硝酸盐。
[0008]所述步骤(3)的膨润土是酸性改性膨润土、钠化改性膨润土或天然钠基膨润土中的一种或多种。
[0009]所述步骤(4 )的陈化时间为I?48h。
[0010]所述步骤(5)的干燥温度为50?100°C，保温时间为I?6h。
[0011]所述步骤(5)的热处理温度为300?800°C，保温时间为0.5?5h。
[0012]所述步骤(6)的有机阳离子表面活性剂为十二?十八烷基季铵盐阳离子表面活性剂。
[0013]本发明的优点是制备了一种对有机物具有吸附和降解双重作用的污水处理材料，有机阳离子表面活性剂进入蒙脱石的层间距，使蒙脱石层间膨胀，增大了膨润土对有机物、N、P等的吸附能力。同时金属改性的T12，增大了对太阳光的利用吸收，光催化降解率提高，吸收光发生红移，提高了打02的太阳光光催化活性。膨润土进行酸化、钠化或烧结，都提高了对重金属离子的交换吸附能力。本发明制备的改性膨润土污水处理材料，对有机物、重金属离子、N、P等均具有较强的吸附降解能力，提高了污水处理的能力，对于处理含有不同类型污染物的污水具有较大的优势，可用于污水治理等领域。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0015]实施例1
(1)按钛酸四丁酯、无水乙醇、冰乙酸的体积比为10: 30: 2，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，再加入冰乙酸，搅拌，制得均匀透明的淡黄色溶液A ；
(2)按去离子水、无水乙醇和硝酸的体积比为10: 80: 5，将一定量的硝酸镧加入到去离子水中，然后加入无水乙醇和硝酸，制得溶液B ;
(3)按去离子水和冰乙酸的体积比为35: 10，将一定量的钠化改性膨润土加入到去离子水中搅拌，然后加入冰乙酸，继续搅拌，制得悬浮液C ;
(4)按溶液A、溶液B和悬浮液C的体积比为65: 45: 92，将步骤(2)所得溶液B缓慢加入到步骤(I)所得溶液A中，形成溶液D，然后将溶液D缓慢加入到悬浮液C中，并伴随搅拌lh，形成溶胶，并静置陈化12h，形成凝胶；
(5)将步骤(4)所得凝胶在90°C干燥4h，研磨，并用去离子水充分洗涤，继续在90°C干燥4h后，在500°C热处理2h制得掺杂La的1102改性的膨润土 ；
(6)将步骤(5)所得T12改性的膨润土加入到十六烷基三甲基溴化铵溶液中，70°C恒温搅拌3h，过滤后用去离子水洗涤，80°C下烘干，研磨，制得成品。
[0016]改性膨润土污水处理材料对污水中总N的去除率为87.25%，总P的去除率为88.31%，COD 的去除率为 90.54%。
[0017]实施例2(1)按钛酸四丁酯、无水乙醇、冰乙酸的体积比为12: 35: 3,将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，再加入冰乙酸，搅拌，制得均匀透明的淡黄色溶液A ;(2)按去离子水、无水乙醇和硝酸的体积比为8: 60: 4,将一定量的硝酸铁加入到去离子水中，然后加入无水乙醇和硝酸，制得溶液B ;(3)按去离子水和冰乙酸的体积比为30: 8,将一定量的钠化改性膨润土加入到去离子水中搅拌，然后加入冰乙酸，继续搅拌，制得悬浮液C ;(4)按溶液A、溶液B和悬浮液C的体积比为70: 50: 95,将步骤(2)所得溶液B缓慢加入到步骤(1)所得溶液A中，形成溶液D，然后将溶液D缓慢加入到悬浮液C中，并伴随搅拌lh，形成溶胶，并静置陈化8h，形成凝胶；(5)将步骤(4)所得凝胶在80°C干燥5h，研磨，并用去离子水充分洗涤，继续在80°C干燥5h后，在700°C热处理2h制得掺杂Fe的1102改性的膨润土；(6)将步骤(5)所得Ti02改性的膨润土加入到十二烷基三甲基溴化铵溶液中，60°C恒温搅拌4h，过滤后用去离子水洗涤，80°C下烘干，研磨，制得成品。
[0018]改性膨润土污水处理材料对污水中总N的去除率为85.64%，总P的去除率为 87.81%，C0D 的去除率为 89.20%。
[0019]实施例3(1)按钛酸四丁酯、无水乙醇、冰乙酸的体积比为10: 40: 1，将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，再加入冰乙酸，搅拌，制得均匀透明的淡黄色溶液A ;(2)按去离子水、无水乙醇和硝酸的体积比为12: 75: 5,将一定量的硝酸钇加入到去离子水中，然后加入无水乙醇和硝酸，制得溶液B ;(3)按去离子水和冰乙酸的体积比为25: 9,将一定量的酸性改性膨润土加入到去离子水中搅拌，然后加入冰乙酸，继续搅拌，其中制得悬浮液C ;(4)按溶液A、溶液B和悬浮液C的体积比为75: 50: 100,将步骤(2)所得溶液B缓慢加入到步骤(1)所得溶液A中，形成溶液D，然后将溶液D缓慢加入到悬浮液C中，并伴随搅拌lh，形成溶胶，并静置陈化10h，形成凝胶；(5)将步骤(4)所得凝胶在75°C干燥6h，研磨，并用去离子水充分洗涤，继续在75°C干燥6h后，在450°C热处理3h制得掺杂Y的1102改性的膨润土；(6)将步骤(5)所得Ti02改性的膨润土加入到双十八烷基二甲基溴化铵溶液中，65°C 恒温搅拌3h，过滤后用去离子水洗涤，75°C下烘干，研磨，制得成品。
[0020]改性膨润土污水处理材料对污水中总N的去除率为89.46%，总P的去除率为 89.17%，C0D 的去除率为 91.48%。
[0021]实施例4(1)按钛酸四丁酯、无水乙醇、冰乙酸的体积比为7: 35: 3,将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，再加入冰乙酸，搅拌，制得均匀透明的淡黄色溶液A ;(2)按去离子水、无水乙醇和硝酸的体积比为12: 90: 4,将一定量的硝酸镧和硝酸铈加入到去离子水中，然后加入无水乙醇和硝酸，制得溶液B ;(3)按去离子水和冰乙酸的体积比为25: 8,将一定量的酸性改性膨润土加入到去离子水中搅拌，然后加入冰乙酸，继续搅拌，其中制得悬浮液C ; (4)按溶液A、溶液B和悬浮液C的体积比为65: 50: 100，将步骤(2)所得溶液B缓慢加入到步骤(I)所得溶液A中，形成溶液D，然后将溶液D缓慢加入到悬浮液C中，并伴随搅拌lh，形成溶胶，并静置陈化24h，形成凝胶；
(5)将步骤(4)所得凝胶在70°C干燥5h，研磨，并用去离子水充分洗涤，继续在70°C干燥5h后，在750°C热处理2h制得掺杂La、Ce元素的T12改性的膨润土 ；
(6)将步骤(5)所得T12改性的膨润土加入到十八烷基三甲基氯化铵溶液中，70°C恒温搅拌3h，过滤后用去离子水洗涤，70°C下烘干，研磨，制得成品。
[0022]改性膨润土污水处理材料对污水中总N的去除率为89.25%，总P的去除率为88.97%，COD 的去除率为 91.0%。
【主权项】
1.一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:(1)将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，再加入冰乙酸，搅拌，其中，钛酸四丁酯、无水乙 醇、冰乙酸的体积比为(7?15): (20?48): (1?6)，制得均匀透明的淡黄色溶液A ;(2)将一定量的金属硝酸盐加入到去离子水中，然后加入无水乙醇和硝酸，其中，去离 子水、无水乙醇和硝酸的体积比为(5?15): (40?100): (2?6)，制得溶液B;(3)将一定量的膨润土加入到去离子水中搅拌，然后加入冰乙酸，继续搅拌，其中去离 子水和冰乙酸的体积比为(20?40): (7?12)，制得悬浮液C ;(4 )将步骤(2 )所得溶液B缓慢加入到步骤(1)所得溶液A中，形成溶液D，然后将溶液 D缓慢加入到悬浮液C中，并伴随搅拌0.5?2h，其中，溶液A、溶液B和悬浮液C的体积比 为(60?80): (40?55): (90?110)，形成溶胶，并静置陈化，形成凝胶；(5)将步骤(4)所得凝胶干燥，研磨，并用去离子水充分洗涤，继续干燥后热处理，制得 掺杂金属元素的1102改性的膨润土；(6)将步骤(5)所得Ti02改性的膨润土加入到有机阳离子表面活性剂溶液中，50? 80°C恒温搅拌2?10h，过滤后用去离子水洗涤，50?100°C下烘干，研磨，制得成品。2.根据权利要求1所述的一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(2)的金属硝酸盐为？631、1^、(^、￥和扮中的一种或多种的金属硝酸盐。3.根据权利要求1所述的一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(3)的膨润土是酸性改性膨润土、钠化改性膨润土或天然钠基膨润土中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(4)的陈化时间为1?48h。5.根据权利要求1所述的一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(5)的干燥温度为50?100°C，保温时间为1?6h。6.根据权利要求1所述的一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(5)的热处理温度为300?800°C，保温时间为0.5?5h。7.根据权利要求1所述的一种改性膨润土污水处理材料的制备方法，其特征在于所述 步骤(6)的有机阳离子表面活性剂为十二?十八烷基季铵盐阳离子表面活性剂。
【文档编号】C02F1/30GK105983399SQ201510040547
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】仝利, 赵红, 邱德亮, 李红莲
【申请人】青岛润国生态科技研究院, 青岛润国生态科技发展有限公司, 山东润国生态科技工程有限公司