本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化利用，具體涉及一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)和礦床開采造成的水體重金屬離子污染，對(duì)人類的生存環(huán)境構(gòu)成極大威脅。水中的重金屬不僅不能被降解，還會(huì)通過(guò)食物鏈逐漸向動(dòng)物或人體富集，進(jìn)而引發(fā)生物中毒。

2、面對(duì)日益嚴(yán)重的重金屬?gòu)U水污染問(wèn)題，利用粘土礦物特殊的分子結(jié)構(gòu)和不規(guī)則的晶體缺陷性來(lái)吸附處理重金屬離子廢水是一種較為有效的方法。其中，高嶺土作為一種無(wú)毒無(wú)害天然粘土礦物，特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予了其較強(qiáng)的吸附性、可塑性和離子交換等性能，是一種非常有效的重金屬離子吸附劑。比如黃明以高嶺土為原料制備磁性高嶺土用于吸附cu2+和pb2+，結(jié)果表明cu2+和pb2+脫出率分別可達(dá)98.2％和99.38％(黃明.磁性高嶺土的制備及其對(duì)cu2+和pb2+的吸附性能[d].華東交通大學(xué)，2016.)。此外，還有以高嶺土為主要基材與其他組分混合用于重金屬離子吸附，比如專利cn107999022a公開了一種地聚合物、其制備方法及在重金屬離子吸附中的應(yīng)用，其將偏高嶺土與激活劑反應(yīng)制備地聚合物用于吸附重金屬離子鎘，脫出率高達(dá)96％；專利cn107570123a公開了一種含有重金屬的廢水的處理劑及其制備方法，以高嶺土作為基礎(chǔ)吸附劑原料，添加沸石和黃鐵礦吸附廢水中重金屬離子，最終實(shí)現(xiàn)高效去除廢水中重金屬離子、降低cod的效果。

3、盡管高嶺土在重金屬離子脫除上表現(xiàn)十分優(yōu)異，但目前尚未有關(guān)于高嶺土吸附重金屬離子后得到的廢舊高嶺土的利用研究。如果這些廢舊高嶺土長(zhǎng)期堆存，不僅占用土地空間，還可能會(huì)導(dǎo)致重金屬離子二次污染水土資源，因此吸附后廢舊高嶺土的資源化利用將有助于解決上述問(wèn)題。

4、目前，高嶺土以其獨(dú)持的晶體結(jié)構(gòu)、粒度、可塑性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性等許多優(yōu)異的性能而廣泛的應(yīng)用橡膠行業(yè)，但是高嶺土顆粒表面能高、表面親水疏油、極易團(tuán)聚等特點(diǎn)導(dǎo)致其在非極性和弱極性的橡膠中補(bǔ)強(qiáng)性降低。研究表明，通過(guò)表面沉淀金屬離子(如cu2+、zn2+等)形成金屬氧化物改性高嶺土制備橡膠填料是一種十分有效的方法。吸附飽和重金屬離子的高嶺土通過(guò)一系列的處理可以形成以高嶺土為主體，表面覆蓋金屬氧化物的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)增加了高嶺土的表面活性，有助于其進(jìn)一步有機(jī)化改性制備橡膠填料，進(jìn)而增加廢舊高嶺土基橡膠填料在橡膠中的補(bǔ)強(qiáng)性能。雖然廢舊高嶺土同時(shí)含有高嶺土和金屬離子，為改性高嶺土制備橡膠填料提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，但也恰是由于其表面吸附了重金屬離子導(dǎo)致高嶺土表面電荷性發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致廢舊高嶺土表面親水性增加，因此廢舊高嶺土無(wú)法直接作為橡膠填料應(yīng)用。

5、如何將廢舊高嶺土中的金屬離子和高嶺土同時(shí)利用起來(lái)，將有毒有害的重金屬離子實(shí)現(xiàn)高效固定，進(jìn)而有利于改善高嶺土主體結(jié)構(gòu)的表面活性，從而有助于高嶺土的表面有機(jī)化改性，提高其在橡膠填料產(chǎn)業(yè)化上的應(yīng)用，是有待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先提供了一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1.對(duì)使用高嶺土吸附的重金屬離子廢水進(jìn)行固液分離，得到固體廢渣即廢舊高嶺土，取廢舊高嶺土與設(shè)定量的沉淀劑混合后共磨并烘干，得到沉淀高嶺土，所述沉淀劑為氨水、尿素、碳酸銨、碳酸氫銨中的任意一種；

5、s2.對(duì)沉淀高嶺土進(jìn)行高溫煅燒，得到煅燒高嶺土；

6、s3.煅燒高嶺土與設(shè)定量的改性劑共磨，研磨產(chǎn)物為所述廢舊高嶺土基橡膠填料；所述改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯、鈦酸酯、六甲基硅氮烷、十二烷基苯磺酸鈉、橡膠促進(jìn)劑ns(n-叔丁基苯并噻唑次磺酰胺)、橡膠促進(jìn)劑dz(n二環(huán)己基苯并噻唑次磺酰胺)、橡膠促進(jìn)劑mbt(2-硫醇基苯并噻吩)、橡膠促進(jìn)劑mbts(二硫化二苯并噻吩)中的任意一種。

7、優(yōu)選的，所述重金屬離子廢水中，重金屬離子為zn2+、cu2+、cr6+、cd2+、pb2+、ni+、mn4+中的任意一種或多種的組合。

8、優(yōu)選的，所述沉淀劑與廢舊高嶺土的質(zhì)量比為0.01～0.5。

9、優(yōu)選的，所述高溫煅燒的溫度為200～1000℃，初始溫度為30℃，升溫速率為2～15℃/min，并在達(dá)到目標(biāo)溫度后保溫2h。

10、優(yōu)選的，所述高溫煅燒的溫度為300～800℃，初始溫度為30℃，升溫速率為5～10℃/min，并在達(dá)到目標(biāo)溫度后保溫2h。

11、優(yōu)選的，所述改性劑的用量為煅燒高嶺土質(zhì)量的0.5-5％。

12、本發(fā)明其次提供一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料，其按照如上所述的制備方法制備得到。

13、本發(fā)明還提供如上所述的橡膠填料在橡膠制品中的應(yīng)用。

14、優(yōu)選的，所述橡膠為丁苯橡膠、天然橡膠、丁腈橡膠、三元乙丙橡膠中的任意一種或多種的組合。

15、本發(fā)明的有益效果如下：

16、本發(fā)明以吸附重金屬離子后的廢舊高嶺土為原料，通過(guò)固液分離—沉淀—研磨—煅燒—表面改性的工藝制備了一種新的高嶺土基橡膠填料。

17、高嶺土在吸附重金屬離子后，高嶺土表面以及片層之間均含有一定量的重金屬離子，研磨的過(guò)程有助于高嶺土表面暴露，同時(shí)沉淀劑與暴露的重金屬離子進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)而在高嶺土表面形成沉淀物，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的最大化固定。

18、烘干與煅燒的過(guò)程則保證了高嶺土表面的沉淀物完全形成納米金屬氧化物，這些納米金屬氧化物具有極高的反應(yīng)活性，有助于提高高嶺土的反應(yīng)活性。但是，高活性的納米金屬氧化物極易結(jié)合羥基形成極性表面，而表面豐富的羥基會(huì)導(dǎo)致高嶺土顆粒團(tuán)聚，不僅導(dǎo)致顆粒與橡膠基材的結(jié)合性降低，還導(dǎo)致粉體在基材中團(tuán)聚形成應(yīng)力集中從而使橡膠制品的性能下降。為了克服這一問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)煅燒后的高嶺土進(jìn)行表面改性處理，添加改性劑與煅燒高嶺土共磨，改性劑可以與高嶺土表面的高活性位點(diǎn)(比如納米金屬氧化物)進(jìn)行接枝反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)高嶺土的表面改性，提高高嶺土的分散性以及填充性能。經(jīng)過(guò)固液分離—沉淀—研磨—煅燒—表面改性制備的廢舊高嶺土基橡膠填料可以在硫化橡膠復(fù)合材料提供更多的交聯(lián)節(jié)點(diǎn)，從而提高橡膠復(fù)合材料的拉伸、撕裂等靜態(tài)力學(xué)性能。金屬氧化物和表面改性劑有助于高嶺土表面有機(jī)化，減少顆粒團(tuán)聚，提高填料與橡膠基材的相容性，增強(qiáng)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、耐磨性等。

19、本發(fā)明以吸附后廢舊高嶺土原料制備橡膠填料，減少了廢舊高嶺土的固廢排放和重金屬離子污染，不僅為廢舊高嶺土提供資源化利用的途徑，也為橡膠填料的開發(fā)應(yīng)用提供了新思路。

技術(shù)特征：

1.一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法，其特征在于，所述重金屬離子廢水中，重金屬離子為zn2+、cu2+、cr6+、cd2+、pb2+、ni+、mn4+中的任意一種或多種的組合。

3.如權(quán)利要求1所述的一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法，其特征在于，所述沉淀劑與廢舊高嶺土的質(zhì)量比為0.01～0.5。

4.如權(quán)利要求1所述的一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法，其特征在于，所述高溫煅燒的溫度為200～1000℃，初始溫度為30℃，升溫速率為2～15℃/min，并在達(dá)到目標(biāo)溫度后保溫2h。

5.如權(quán)利要求4所述的一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法，其特征在于，所述高溫煅燒的溫度為300～800℃，初始溫度為30℃，升溫速率為5～10℃/min，并在達(dá)到目標(biāo)溫度后保溫2h。

6.如權(quán)利要求1所述的一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料的制備方法，其特征在于，所述改性劑的用量為煅燒高嶺土質(zhì)量的0.5-5％。

7.一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料，其按照如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述制備方法制備得到。

8.如權(quán)利要求7所述的橡膠填料在橡膠制品中的應(yīng)用。

9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述橡膠為丁苯橡膠、天然橡膠、丁腈橡膠、三元乙丙橡膠中的任意一種或多種的組合。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附后廢舊高嶺土基橡膠填料及其制備方法和應(yīng)用。首先對(duì)使用高嶺土吸附的重金屬離子廢水進(jìn)行固液分離，得到固體廢渣即廢舊高嶺土，取廢舊高嶺土與沉淀劑混合后共磨并烘干，得到沉淀高嶺土；對(duì)沉淀高嶺土進(jìn)行高溫煅燒，得到煅燒高嶺土；最后煅燒高嶺土與改性劑共磨，研磨產(chǎn)物為廢舊高嶺土基橡膠填料。制備的廢舊高嶺土基橡膠填料可填充到橡膠基材中用于改善橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能。本發(fā)明不僅有效利用了吸附有重金屬離子的廢舊高嶺土，減少了固廢排放，還提供了一種具有高附加值的橡膠填料，為橡膠填料的開發(fā)應(yīng)用提供了新思路。

技術(shù)研發(fā)人員：楊世誠(chéng),譚金龍,宋成建,殷甲楠,程相龍,丁明潔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南城建學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2