苏氨酸改性蒙脱石、制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种氨基酸改性蒙脱石、制备方法及其应用，属于改性矿物吸附材料制备及重金属废水处理
技术领域：
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背景技术：
：电子制造所涉及的电池制造行业、冶金行业，以及日常当中涉及的汽车喷涂、电镀等行业都会产生了大量的含重金属废水。重金属由于无法被动物体分解，随着生物链的进行具有极强的生物体富集效应，一旦进入人体，在长期的积累下会对人体的神经系统和肝肾脏等器官造成严重损害。传统处理含重金属废水的方法包括膜分离法、化学沉淀、离子交换法、电化学法、生物降解法和吸附法。其中从经济实用、操作便捷、去除效率等方面综合考虑，吸附法是目前工业处理含重金属离子废水常用的方法。蒙脱石是一种自然界广泛存在的硅酸盐矿物，它所具有的层状结构使其具有一定的吸附金属离子的能力。其层状构成方式为一层铝氧(al-(o,oh))八面体夹在两层硅氧(si-o)四面体当中，利用共有的氧原子将八面体和四面体连接起来。蒙脱石主要来源于膨润土矿，具有亲水性、耐高温、来源丰富和吸附性能良好的优点。相比于工业上常用的活性炭吸附剂，蒙脱石的价格更加便宜，相比于膨润土，蒙脱石作为它的有效成份，自然纯度更高的蒙脱石吸附性能更加优秀。尽管目前已经有了一些改性矿物土的制备和应用研究，但都存在不足之处。如中国专利cn03964453a通过使用十八、十六叔铵作为改性剂制备得到改性膨润土，但缺乏相应的应用研究，并且制备过程使用大量有机溶剂，制备花费较高。专利申请cn106031858a仅对蒙脱石进行了酸处理，没有使用其余特殊改性剂，其对印染废水的去除率达到了92％。专利申请cn105664838a利用柱撑蒙脱石作为吸附废气当中的汞，在汞浓度为120ug/m3时，脱汞效率为98％，但无机改性蒙脱石在水中的分散性不好，并且涉及煅烧过程，能耗较大。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种分散性良好、耐高温、重金属吸附率高的苏氨酸改性蒙脱石、制备方法及其应用。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，具体步骤如下：步骤1，钠基蒙脱石粉末加入水中，滴加盐酸调节ph至4～6，常温搅拌12～24h，抽滤，烘干和过筛，得到酸改性钠基蒙脱石；步骤2，按苏氨酸与酸改性钠基蒙脱石的质量比为0.153～0.229倍钠基蒙脱石阳离子交换容量：1，将苏氨酸搅拌溶解于水中，调节溶液ph为3～5，加入酸改性钠基蒙脱石粉末，室温下搅拌，抽滤，洗涤，烘干，研磨过筛，得到苏氨酸改性蒙脱石。优选地，步骤1中，所述的钠基蒙脱石的阳离子交换容量为70～110mmol/100g。优选地，步骤1和2中，过筛条件为100～200目筛，更优选为过200目筛。优选地，步骤1和2中，所述的干燥温度为70～80℃。优选地，步骤1中，所述的钠基蒙脱石与盐酸溶液的质量体积比为15～20：1，g：l。优选地，所述的苏氨酸与酸改性钠基蒙脱石的质量比为0.191倍钠基蒙脱石阳离子交换容量：1。本发明还提供上述制备方法制得的苏氨酸改性蒙脱石更进一步地，本发明提供上述苏氨酸改性蒙脱石在吸附含重金属离子废水中的应用。本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明原料为天然矿物土，廉价易得，来源丰富，且自身的特殊结构使得它具有吸附金属离子的能力；(2)本发明选用的改性剂苏氨酸是一种本身具有配合能力的物质，改性插入蒙脱石层间后，可以一定程度上加强吸附剂对金属离子的吸附容量以及稳定性，吸附含pb(ⅱ)、cu(ⅱ)等金属离子废水的饱和吸附量能分别达到120和30mg/g，相较未改性的蒙脱石有很大的提高，在重金属离子废水处理领域具有良好的应用前景。附图说明图1为钠基蒙脱石和不同改性剂投加量的改性蒙脱石的xrd表征图；图2为钠基蒙脱石和改性蒙脱石的ft-ir表征图；图3为不同改性剂投加量的改性蒙脱石对溶液中铅和铜的吸附量变化图；图4为苏氨酸的投加量为一倍原料阳离子交换量的改性蒙脱石对水中铅吸附量随溶液ph和初始浓度的变化图；图5为苏氨酸的投加量为一倍原料阳离子交换量的改性蒙脱石对水中铜吸附量随溶液ph和初始浓度的变化图；图6钠基蒙脱石的sem扫描电镜图；图7为苏氨酸的投加量为一倍原料阳离子交换量的改性蒙脱石的sem扫描电镜图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。实施例1苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，包括以下步骤：(1)钠基蒙脱石的预处理：将钠基蒙脱石粉末分散到ph为4的盐酸溶液当中，常温搅拌12h，得到悬浊液经过抽滤、烘干和研磨，过100目筛。(2)苏氨酸改性：将摩尔量为2.88mmol的苏氨酸搅拌溶解于水溶液当中，改性剂苏氨酸的摩尔量为蒙脱石阳离子交换容量的80％，调节溶液ph至5，然后取步骤(1)所得钠基蒙脱石粉末4g分散到200ml的水溶液当中，搅拌混合，在室温下搅拌反应24h，抽滤、蒸馏水洗涤、烘干和研磨，最后过100目筛，即可得到苏氨酸改性蒙脱石成品。实施例2苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，包括以下步骤：(1)钠基蒙脱石的预处理：将钠基蒙脱石粉末分散到ph为6的盐酸溶液当中，常温搅拌12h，得到悬浊液经过抽滤、烘干和研磨，过100目筛。(2)苏氨酸改性：将摩尔量为2.88mmol的苏氨酸搅拌溶解于水溶液当中，改性剂苏氨酸的摩尔量为蒙脱石阳离子交换容量的80％，调节溶液ph至5，然后取步骤(1)所得钠基蒙脱石粉末4g分散到200ml的水溶液当中，搅拌混合，在室温下搅拌反应24h，抽滤、蒸馏水洗涤、烘干和研磨，最后过100目筛，即可得到苏氨酸改性蒙脱石成品。实施例3苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，包括以下步骤：(1)钠基蒙脱石的预处理：将钠基蒙脱石粉末分散到ph为6的盐酸溶液当中，常温搅拌24h，得到悬浊液经过抽滤、烘干和研磨，过100目筛。(2)苏氨酸改性：将摩尔量为2.88mmol的苏氨酸搅拌溶解于水溶液当中，改性剂苏氨酸的摩尔量为蒙脱石阳离子交换容量的80％，调节溶液ph至5，然后取步骤(1)所得钠基蒙脱石粉末4g分散到200ml的水溶液当中，搅拌混合，在室温下搅拌反应24h，抽滤、蒸馏水洗涤、烘干和研磨，最后过100目筛，即可得到苏氨酸改性蒙脱石成品。实施例4苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，包括以下步骤：(1)钠基蒙脱石的预处理：将钠基蒙脱石粉末分散到ph为6的盐酸溶液当中，常温搅拌24h，得到悬浊液经过抽滤、烘干和研磨，过200目筛。(2)苏氨酸改性：将摩尔量为2.88mmol的苏氨酸搅拌溶解于水溶液当中，改性剂苏氨酸的摩尔量为蒙脱石阳离子交换容量的80％，调节溶液ph至5，然后取步骤(1)所得钠基蒙脱石粉末4g分散到200ml的水溶液当中，搅拌混合，在室温下搅拌反应24h，抽滤、蒸馏水洗涤、烘干和研磨，最后过200目筛，即可得到苏氨酸改性蒙脱石成品。实施例5苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，包括以下步骤：(1)钠基蒙脱石的预处理：将钠基蒙脱石粉末分散到ph为6的盐酸溶液当中，常温搅拌24h，得到悬浊液经过抽滤、烘干和研磨，过200目筛。(2)苏氨酸改性：将摩尔量为3.6mmol的苏氨酸搅拌溶解于水溶液当中，改性剂苏氨酸的摩尔量为蒙脱石阳离子交换容量的100％，调节溶液ph至5，然后取步骤(1)所得钠基蒙脱石粉末4g分散到200ml的水溶液当中，搅拌混合，在室温下搅拌反应24h，抽滤、蒸馏水洗涤、烘干和研磨，最后过200目筛，即可得到苏氨酸改性蒙脱石成品。实施例6苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，包括以下步骤：(1)钠基蒙脱石的预处理：将钠基蒙脱石粉末分散到ph为6的盐酸溶液当中，常温搅拌24h，得到悬浊液经过抽滤、烘干和研磨，过200目筛。(2)苏氨酸改性：将摩尔量为3.6mmol的苏氨酸搅拌溶解于水溶液当中，改性剂苏氨酸的摩尔量为蒙脱石阳离子交换容量的100％，调节溶液ph至3，然后取步骤(1)所得钠基蒙脱石粉末4g分散到200ml的水溶液当中，搅拌混合，在室温下搅拌反应24h，抽滤、蒸馏水洗涤、烘干和研磨，最后过200目筛，即可得到苏氨酸改性蒙脱石成品。实施例7苏氨酸改性蒙脱石的制备方法，包括以下步骤：(1)钠基蒙脱石的预处理：将钠基蒙脱石粉末分散到ph为6的盐酸溶液当中，常温搅拌24h，得到悬浊液经过抽滤、烘干和研磨，过200目筛。(2)苏氨酸改性：将摩尔量为3.6mmol的苏氨酸搅拌溶解于水溶液当中，改性剂苏氨酸的摩尔量为蒙脱石阳离子交换容量的100％，调节溶液ph至5，然后取步骤(1)所得钠基蒙脱石粉末3g分散到200ml的水溶液当中，搅拌混合，在室温下搅拌反应24h，抽滤、蒸馏水洗涤、烘干和研磨，最后过200目筛，即可得到苏氨酸改性蒙脱石成品。实施例8苏氨酸改性蒙脱石的吸附实验。利用实施例1-7制备得到的样品吸附含铅或铜废水的去除率如下表1所示：表1实施例1234567铅67.7％70.8％73.1％76.3％78.2％72.6％75.4％铜48.3％50.4％52.0％54.3％55.6％51.7％53.6％从上述数据可以看出，当对钠基蒙脱石进行适当的酸改性以后，其吸附性能得到一定程度的提升，随后的氨基酸改性进一步提升了产品的性能，通过本方法制备得到的苏氨酸改性蒙脱石对水中的金属离子均有较好的去除率。实施例9不同改性剂投加量的改性蒙脱石对溶液中铅和铜的吸附量变化。下面综合实施例4、5等制备得到的改性蒙脱石为样品，对其做了xrd和fitr分析，如图1所示，使用苏氨酸改性以后，产物的层间距从1.23nm提高到了1.56nm，说明苏氨酸已经进入了蒙脱石的层间。在以上基础，图2进一步证实，经过改性后产物当中已经含有苏氨酸。不同改性剂加入量对产品的性能影响，具体数据如图3所示，当苏氨酸投加量与酸改性钠基蒙脱石的质量比为0.191倍阳离子交换容量：1时，在100mg/l的铅离子和100mg/l的铜离子溶液中产物的吸附效果最佳，分别达到了63mg/g和29mg/g。实施例10苏氨酸改性蒙脱石对铅或铜吸附效果的影响因素.下面以实施例5制得的改性蒙脱石为例，探究不同吸附条件对吸附剂吸附量的影响。先固定铅溶液或者铜溶液的ph值，然后按一定梯度改变其初始浓度得到吸附量曲线，随后改变上诉溶液的ph值再次进行实验，综合得到一系列曲线如图4、5所示。从图中可以看出，改性蒙脱石的吸附性能随着溶液ph值的升高而增大，另一方面，在相同的ph条件下，改性产物的吸附量先随着溶液离子浓度的增大而迅速增大，最后保持稳定。在溶液ph为5时，实施例5制得的改性蒙脱石对铅和铜的最佳吸附量分别能达到120mg/g和30mg/g。当前第1页12