一种天然多孔基材的吸附-絮凝剂制备方法
【专利摘要】一种天然多孔基材的吸附-絮凝剂制备方法涉及应用污水处理领域；配置0.4g/mL的丙烯酸钠溶液，以及浓度为0.02mol/L的Na2SO3和K2S2O8溶液，待用；硅藻土制成硅藻土悬浮液，然后加入一定量的AM单体和丙烯酸钠溶液；将三口烧瓶置于水浴池中，通入氮气，搅拌30min；将水浴池加热到45～80℃，量取10mL的Na2SO3溶液和K2S2O8溶液，并称取一定质量的偶氮二异丁腈做混合引发剂，加入到三口烧瓶中；第四步，反应5min后，加入0.2～0.5g的N,N‐亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，反应至胶状，停止通入氮气，同时停止搅拌；陈化后干燥。本发明利用聚丙烯酰胺对硅藻土进行表面修饰，大大提高废水处理效果，同时简化操作、降低成本。
【专利说明】一种天然多孔基材的吸附-絮凝剂制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用污水处理的功能材料领域，是一种基于天然多孔矿物材料，具有絮凝作用硅藻土复合物吸附剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]重金属污染严重危害人类的生态环境和人们的身体健康，但重金属污染具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性，治理成本高。目前，重金属污染废水治理方法有十几种，但真正能规模化应用的只有药剂法、电絮凝法、二次膜法和吸附法。相比较而言，吸附法简便、实用，应用最多，但吸附法在应用中主要受限于材料(吸附剂)的吸附效能。具有多孔、大比表面和丰富表面官能团，是优异的重金属离子吸附材料。目前适合吸附重金属离子的多孔材料主要是活性碳、分子筛、多孔纤维等。由于分子筛、多孔纤维成本非常高，限制其工业应用，因此高效、低成本吸附剂的制备与应用成为制约吸附法处理重金属离子的技术关键。
[0003]娃藻土是一种具有天然有序微孔结构的无机矿物材料，小孔孔径为20~50nm、大孔孔径为100~300nm (由于其微孔结构天然形成，此孔结构材料非常价廉)，主要化学成份为非晶态SiO2，其表面S1-O- “悬空键”上，容易结合H而形成S1- OH (即表面硅羟基)，在水中显示表面负电荷，容易吸附相反电荷(阳离子)的污染物；经电性修饰后，也可用作阴离子吸附，从而增加基在污水处理中的广谱性。由于其孔结构的天然性，使得大幅度降低处理重金属离子吸附材料制备费用成为可能。
[0004]众所周知，细粒或微细粒颗粒是表面活性官能团最为丰富的材料，尤其是孔结构有序结构微细颗粒，可显著提高材料的比表面积。但微细颗粒类吸附剂存在颗粒团聚严重(影响吸附效能)和吸附剂难于后续处理(固液分离非常困难)，且易以造成流失(浪费)和二次污染问题。微细颗粒与大尺度基体材料进行复合是一发展方向，硅藻土作为几十微米的大尺度基体材料，可以作为微细颗粒的载体，但作为吸附在处理重金属离子后的吸附产物与水体分离方面仍较为困难，需进一步絮凝分离。
[0005]为解决上述问题，本发明提出在硅藻土的藻盘上(或经电性修饰后的藻盘上)上，进行丙烯酰胺(以后简称AM)的单体缩合，既增加了其对重金属离子吸附的表面活性有机官能团，同时吸附产物可自身絮凝，形成“宏观可视”凡花絮体(絮体尺度可达到5~15_，能快速、便捷分离)，而大尺度凡花絮体，在水体中的旋转流动，又进一步增大对重金属离子吸附几率，进而显著改善复合材料吸附重金属离子效能，具有重要的实际意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是利用聚丙烯酰胺对硅藻土进行表面修饰，合成一种具有絮凝作用的吸附剂。这样能大大提高废水处理效果，同时还能够简化操作、降低成本。
[0007]本发明提供的是一种聚丙烯酰胺一硅藻土复合物的制备方法，其具体步骤如下:
[0008]第一步，配置0.4g/mL的丙烯酸钠溶液，以及浓度为0.02mol/L的Na2SO3和K2S2O8溶液，待用；[0009]第二步，按蒸懼水:娃藻土:丙烯酰胺:丙烯酸钠溶液=20:8: (1.5~
2.5): (1.6~2.8)的重量比，称取8g硅藻土倒入三口烧瓶中，加蒸馏水将其溶解，制成硅藻土悬浮液，然后加入一定量的丙烯酰胺单体和丙烯酸钠溶液，将三口烧瓶置于水浴池中，通入氮气，搅拌30min ；
[0010]第三步，将水浴池加热到45~80°C，按Na2SO3溶液=K2S2O8溶液:偶氮二异丁腈=10: (10~20): (0.01~0.03)的重量比，量取IOmLNa2SO3溶液和一定体积的K2S2O8溶液，并称取一定质量的偶氮二异丁腈做混合引发剂，加入到三口烧瓶中；
[0011]第四步，反应5min后，加入0.2~0.5g的N，N-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，反应至胶状，停止通入氮气，同时停止搅拌；
[0012]第五步，将三口烧瓶在水浴池中恒温45~80°C放置陈化3~5h，然后将反应产物放入干燥箱中80°C烘干。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1实施例1产物和硅藻土原土以及改性剂晶体的红外光谱曲线
[0014]图2实施例2产物和硅藻土原土以及改性剂晶体的红外光谱曲线
[0015]图3实施例3产物和硅藻土原土以及改性剂晶体的红外光谱曲线
[0016]图4实施例1产物的SEM照片
[0017]图5实施例2产物的SEM照片
[0018]图6实施例3产物的SEM照片
[0019]图7实施例4产物的SEM照片
[0020]图8实施例3产物处理真实污水的处理前(左)、后(右)的对比图
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022]1、配置0.4g/mL的丙烯酸钠溶液，以及浓度为0.02mol/L的Na2SO3和K2S2O8溶液，待用；
[0023]2、称取Sg硅藻土倒入三口烧瓶中，加20mL蒸馏水将其溶解，制成硅藻土悬浮液，然后加入1.5g丙烯酰胺单体和1.6mL丙烯酸钠溶液，将三口烧瓶置于水浴池中，通入氮气，搅拌30min ；
[0024]3、将水浴池加热到50°C，量取IOmL Na2SO3溶液和15mL K2S2O8溶液，并称取0.01g偶氮二异丁腈做混合引发剂，加入到三口烧瓶中；
[0025]4、反应5min后，加入0.2g N, N-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，反应至胶状，停止通入氮气，同时停止搅拌；
[0026]5、将三口烧瓶在水浴池中恒温50°C放置陈化4h，然后将反应产物放入干燥箱中80°C烘干。
[0027]实施例2
[0028]1、配置0.4g/mL的丙烯酸钠溶液，以及浓度为0.02mol/L的Na2SO3和K2S2O8溶液，待用；
[0029]2、称取Sg硅藻土倒入三口烧瓶中，加20mL蒸馏水将其溶解，制成硅藻土悬浮液，然后加入2.0g丙烯酰胺单体和2.2mL丙烯酸钠溶液，将三口烧瓶置于水浴池中，通入氮气，搅拌30min ；
[0030]3、将水浴池加热到80°C，量取IOml Na2SO3溶液和20ml K2S2O8溶液，并称取0.02g偶氮二异丁腈做混合引发剂，加入到三口烧瓶中；
[0031]4、反应5min后，加入0.4g N, N-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，反应至胶状，停止通入氮气，同时停止搅拌；
[0032]5、将三口烧瓶在水浴池中恒温80°C放置陈化5h，然后将反应产物放入干燥箱中80°C烘干。
[0033]实施例3
[0034]1、配置0.4g/mL的丙烯酸钠溶液，以及浓度为0.02mol/L的Na2SO3和K2S2O8溶液，待用；
[0035]2、称取Sg硅藻土倒入三口烧瓶中，加20mL蒸馏水将其溶解，制成硅藻土悬浮液，然后加入2.5g丙烯酰胺单体和2.SmL丙烯酸钠溶液，将三口烧瓶置于水浴池中，通入氮气，搅拌30min ；
[0036]3、将水浴池加热到60°C，量取IOmL Na2SO3溶液和IOmL K2S2O8溶液，并称取0.03g偶氮二异丁腈做混合引发剂，加入到三口烧瓶中；
[0037]4、反应5min后，加入0.5g N, N-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，反应至胶状，停止通入氮气，同时停止搅拌；
[0038]5、将三口烧瓶在水浴池中恒温60°C放置陈化3h，然后将反应产物放入干燥箱中80°C烘干。
[0039]实施例4
[0040]1、配置0.4g/mL的丙烯酸钠溶液，以及浓度为0.02mol/L的Na2SO3和K2S2O8溶液，待用；
[0041]2、称取Sg硅藻土倒入三口烧瓶中，加20mL蒸馏水将其溶解，制成硅藻土悬浮液，然后加入1.5g AM单体和1.6mL丙烯酸钠溶液，将三口烧瓶置于水浴池中，通入氮气，搅拌30min ；
[0042]3、将水浴池加热到45°C，量取IOmL Na2SO3溶液和15mL K2S2O8溶液，并称取0.02g偶氮二异丁腈做混合引发剂，加入到三口烧瓶中；
[0043]4、反应5min后，加入0.3g N, N-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，反应至胶状，停止通入氮气，同时停止搅拌；
[0044]5、将三口烧瓶在水浴池中恒温45°C放置陈化4h，然后将反应产物放入干燥箱中80°C烘干。
[0045]表1各实施例得到的样品的吸附能力及絮凝能力
【权利要求】
1.一种天然多孔基材的吸附-絮凝剂制备方法，其特征在于，步骤如下: 第一步，配置0.4g/mL的丙烯酸钠溶液，以及浓度为0.02mol/L的Na2SOjP K2S2O8溶液，待用； 第二步，按蒸懼水:娃藻土:丙烯酰胺AM:丙烯酸钠溶液=20:8: (1.5~2.5): (1.5~.3.0)的重量比，称取Sg硅藻土倒入三口烧瓶中，加蒸馏水将其溶解，制成硅藻土悬浮液，然后加入一定量的AM单体和丙烯酸钠溶液；将三口烧瓶置于水浴池中，通入氮气，搅拌.30min ； 第三步，将水浴池加热到45~80°C，按Na2SO3溶液=K2S2O8溶液:偶氮二异丁腈=10: (10~20): (0.01~0.03)的重量比，量取IOmL的Na2SO3溶液和K2S2O8溶液，并称取一定质量的偶氮二异丁腈做混合引发剂，加入到三口烧瓶中； 第四步，反应5min后,加入0.2~0.5g的N, N-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂,反应至胶状，停止通入氮气，同时停止搅拌； 第五步，将三口烧瓶在水浴池中恒温45~80°C放置陈化3~5h，然后将反应产物放入干燥箱中80°C烘干。
【文档编号】C08F220/56GK103922434SQ201410141735
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】杜玉成, 孙广兵, 郑广伟, 王金淑, 吴俊书, 王利平 申请人:北京工业大学