专利名称：一种环境友好型改性膨润土及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种改性膨润土及其制备方法，特别是涉及一种新的环境友好、没有任何污染、无毒无害的改性膨润土及其制备方法。
背景技术：
膨润土是一种在自然界分布较为广泛的粘土类矿物，属非金属矿产。中国的膨润土矿资源非常丰富，储量居世界首位，占世界总量的60％，预测资源量在70亿t以上，并以分布广、埋藏浅、易采掘及品种齐全为特点。膨润土及其提纯改型产品都不同程度地具有一些优越的特性，这些特性主要有膨胀性、亲水性(或亲油性，如有机膨润土)、吸附性、阳离子交换性、催化活性、分散性、悬浮性、粘接性、触变性、稳定性、无毒性。随着科学技术的发展，人们对膨润土结晶特性和物理化学性质的了解逐渐加深，膨润土在工农业生产和科学研究方面的使用日益广泛。它作为粘结剂、悬浮剂、增稠剂、触变剂、絮凝剂、稳定剂、净化脱色剂、充填剂、催化剂以及催化剂载体在冶金、机械铸造、钻探、石油化工、轻工、农林牧、建筑工程、环保等领域有着十分广泛的应用前景。由于膨润土带电性和较大的比表面积使其具有较强的吸附性，因此膨润土具有良好的离子交换能力和吸附性能，可用于多种污染物的去除。但是天然膨润土中由于表面硅氧结构具有极强的亲水性和层间大量可交换性阳离子的水解，使其表面通常存在一层薄的水膜，而限制了在水溶液中的应用；此外，膨润土固液分离速度慢，絮凝物脱水效果差，也影响了其实际应用。为了满足某种需要或为了提高膨润土的使用效果，获得具有实用性的高性能膨润土，在一定条件下，人为地在膨润土中引进一些无机离子或(和)有机化合物，使膨润土的结构和化学性质发生改变，达到对膨润土改型的目的。目前，对膨润土的改性研究主要集中于以下几方面①酸活化处理经酸处理的膨润土与原土相比，孔道和孔隙结构有所改善，原土较为致密的片状板层堆积结构变得疏松，孔道扩大，有利于污染物分子的进入并进行有效的吸附。
②高温焙烧在适当温度下焙烧一定时间后，膨润土的表面水及空隙中的一些杂质基本除去，空隙率和比表面积增大，从而增强吸附性能。
③无机盐处理将无机多聚羟基金属离子如Al、Cr、Fe、Bi、Zr、Co、Ni等交换进入层间，将单元层桥联并撑开，形成一种二维通道的“层柱”状结构的新矿物，即交联膨润土，也称柱撑膨润土。柱撑膨润土具有很高的比表面积及热稳定性，其路易斯酸活性很高。同时由于柱撑膨润土独特的极性、孔径分布和高比表面积，因而其吸附性能大大增强。
④有机覆盖处理用长链烷基伯铵、仲铵、叔铵、季铵盐、酰铵以及季磷盐等有机阳离子，置换膨润土蒙脱石中粒子表面原先吸附的阳离子。这样，将体积较大的有机阳离子引入膨润土蒙脱石层间，形成大孔洞的材料，使其结构改变，从而达到有机改性的目的。
经多年研究发现，改性膨润土作为水处理剂在各类废水处理尤其是工业废水处理中的应用潜力巨大，改性土可广泛应用于去除芳香族化合物、有毒和难降解有机物、除色等。由于价格低廉，适用范围广，随着研究的不断深入，改性膨润土水处理剂将有可能取代传统吸附剂在废水处理中的地位，在废水处理中得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环境友好型改性膨润土及其制备方法，该方法通过微波处理的手段改性，加快改性反应速度，且不增加其它化学成分；除壳聚糖本身的吸附性之外，壳聚糖的分子链可钻入膨润土蒙脱石的片层之间，增大层间距，改变膨润土层间距和比表面积及表面羟基数量，提高膨润土的吸附能力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种环境友好型改性膨润土，该改性膨润土以壳聚糖为改性剂，利用无毒无害的天然多糖——壳聚糖对钠基膨润土进行改性。
如上所述的一种环境友好型改性膨润土，根据X-射线衍射条件及布拉格方程2dsinθ＝λ，测量出2θ角为6.31°，计算出的层间距d为1.4735nm；改性膨润土水洗后2θ角为6.32°，层间距d为1.4566nm。
一种环境友好型改性膨润土的制备方法，该方法的步骤为首先处理原土将原土于105℃干燥箱中烘干，用球磨机将其粉碎，研磨，再过0.16mm筛，备用；然后配制壳聚糖醋酸溶液用少量蒸馏水将壳聚糖粉末分散成均匀的混悬液，然后，加入少量5％的醋酸溶液，在不断搅拌下缓慢溶解一定脱乙酰度的壳聚糖，配制成一定浓度的壳聚糖溶液，静置至透明；最后制备壳聚糖改性膨润土取浓度为0.5～1.0％、脱乙酰度90％的壳聚糖溶液50～60ml，将50g膨润土调成糊状，静置，使膨润土充分浸润。将此糊状物置于微波炉中，加热干燥，研细，过0.16mm筛，即得壳聚糖改性膨润土。
本发明的优点与效果是1.本发明以天然的、无毒无害的生物多糖——壳聚糖为原料对膨润土进行改性，该种改性膨润土，价格低、性能好、对环境友好、没有任何污染，既适合工业废水处理，又适合药剂制造和食品工业。
2.本发明通过微波处理的手段改性，加快改性反应速度，又不增加其它化学成分；除壳聚糖本身的吸附性之外，壳聚糖的分子链可钻入膨润土蒙脱石的片层之间，增大层间距，改变了膨润土层间距和比表面积及表面羟基数量，提高了膨润土的吸附能力；且壳聚糖为改性剂，成本低、适应面广，改性膨润土在食品工业中应用后，可以作为饲料和肥料。
3.本发明作为一种新型改性膨润土产品，可应用染料溶液脱色、废水中Cu2+、Cd2+、Pb2+等离子的去除及中药注射液中鞣酸清除，同时对陈醋、果汁的澄清效果良好。
4.壳聚糖改性膨润土用于酸性大红、酸性元青、酸性天蓝、酸性绿、酸性咖啡、直接红等染料溶液脱色，在pH＜10的溶液中、投土量为1％(g/ml)、高速搅拌(1000转/分钟)5分钟条件下，脱色效果最好；适合于印染废水的处理。
5.壳聚糖改性膨润上应用于陈醋的澄清，在室温、投土量1.5％、搅拌5min(1000转/分钟)条件下澄清效果显著、工艺简单、成本较低，每公斤陈醋增加成本0.15元，而售价将成倍增加，具有显著效益。用于苹果汁澄清，在30℃～40℃、原果汁、投土量为0.64％(g/ml)、搅拌3min(1000转/分钟)条件下澄清效果最好。
6.壳聚糖改性膨润土清除中药注射液中鞣酸，在室温、pH＝4～9、鞣酸溶液浓度为0.5％、投土量为2％(g/ml)、搅拌5min(1000转/分钟)条件下，对鞣酸的吸附作用迅速、明显，可以清除中药注射液中的鞣酸。
7.壳聚糖改性膨润土还可用于Cu2+、Cd2+、Pb2+等离子的去除，在各自的优化条件下，去除率良好。
附图是本发明壳聚糖改性膨润土的制备工艺流程图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
合成原理天然土是一种层状硅铝酸盐，层与层之间靠静电作用结合，四面体及八面体存在广泛的同晶置换，四面体中的Si4+常被Al3+替代，八面体中的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Fe2+、Ni2+、Li+等替代，使层间产生弱的负电荷，从而具有吸附某些阳离子的能力。壳聚糖分子中含有比较多的氨基，当其溶解于酸性溶液中时，即带有正电荷。这样，膨润土和壳聚糖可以依靠正负电荷的吸引结合在一起。由于带正电荷的壳聚糖分子链很大，它未必完全进入粘土层间，可能有一部分留在外边。通过X-射线衍射实验和透射电子显微镜可以证实这一点。如果膨润土的X-射线谱图中001峰向小角度移动或消失，说明膨润土的层间距增大，即壳聚糖钻入膨润土的层间。
原土的处理将原土于105℃干燥箱中烘干，用球磨机将其粉碎，研磨，再过0.16mm筛，备用。
壳聚糖醋酸溶液的配制用少量蒸馏水将壳聚糖粉末分散成均匀的混悬液，然后，加入少量5％的醋酸溶液，在不断搅拌下缓慢溶解一定脱乙酰度的壳聚糖，配制成一定浓度的壳聚糖溶液，静置至透明。
壳聚糖改性膨润土的制备取浓度为0.5-1.0％、脱乙酰度90％的壳聚糖溶液50-60ml，将50g膨润土调成糊状，静置，使膨润土充分浸润。将此糊状物置于微波炉中，加热干燥，研细，过0.16mm筛，即得壳聚糖改性膨润土。
壳聚糖改性膨润土的最适宜制备条件负载土的最佳制备条件壳聚糖脱乙酰度为90％，壳聚糖溶液浓度为0.05-1.0％，壳聚糖溶液与膨润土液固比为1，浸润时间为75min。
权利要求
1.一种环境友好型改性膨润土，其特征在于，该改性膨润土以壳聚糖为改性剂，利用无毒无害的天然多糖——壳聚糖对钠基膨润土进行改性。
2.根据权利要求1所述的一种环境友好型改性膨润土，其特征在于，根据X-射线衍射条件及布拉格方程2dsinθ＝λ，测量出2θ角为6.31°，计算出的层间距d为1.4735nm；改性膨润土水洗后2θ角为6.32°，层间距d为1.4566nm。
3.一种环境友好型改性膨润土的制备方法，其特征在于，该方法的步骤为首先处理原土将原土于105℃干燥箱中烘干，用球磨机将其粉碎，研磨，再过0.16mm筛，备用；然后配制壳聚糖醋酸溶液用少量蒸馏水将壳聚糖粉末分散成均匀的混悬液，然后，加入少量5％的醋酸溶液，在不断搅拌下缓慢溶解一定脱乙酰度的壳聚糖，配制成一定浓度的壳聚糖溶液，静置至透明；最后制备壳聚糖改性膨润土取浓度为0.5～1.0％、脱乙酰度90％的壳聚糖溶液50～60ml，将50g膨润土调成糊状，静置，使膨润土充分浸润。将此糊状物置于微波炉中，加热干燥，研细，过0.16mm筛，即得壳聚糖改性膨润土。
全文摘要
一种环境友好型改性膨润土及其制备方法，涉及一种改性膨润土及其制备方法，该改性膨润土以无毒无害的天然多糖——壳聚糖为改性剂，对钠基膨润土进行改性。其制备方法为首先对原土进行处理，然后配制壳聚糖醋酸溶液，最后制备壳聚糖改性膨润土。取浓度为0.5～1.0％、脱乙酰度90％的壳聚糖溶液50～60ml，将50g膨润土调成糊状，静置，使膨润土充分浸润。将此糊状物置于微波炉中，加热干燥，研细，过0.16mm筛，即得壳聚糖改性膨润土。该种改性膨润土，价格低、性能好、对环境友好、没有任何污染，既适合工业废水处理，又适合药剂制造和食品工业。
文档编号C01B33/00GK101058426SQ20071001095
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月13日 优先权日2007年4月13日
发明者邵红, 马勇 申请人:沈阳化工学院, 马勇