專利名稱：網(wǎng)絡(luò)型凹凸棒黏土復(fù)合吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機-無機復(fù)合吸附劑，更具體地說，本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò) 型凹凸棒黏土復(fù)合吸附劑及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，70%的江河湖海都已經(jīng)污染。在水體污染中，水 體富營養(yǎng)化污染已引起了全社會的高度關(guān)注。水體富營養(yǎng)化是指氮、磷等營養(yǎng)物 質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖， 水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù) 顯示，我國湖泊總面積約7.43萬平方公里，85%的水體富營養(yǎng)化。在上個世紀(jì) 90年代，我國東部的湖泊已基本全部處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。2007年太湖水污染就 是典型一例。
國家投入上百億元的治理資金還沒有給太湖流域的近4000萬居民帶來記憶 中清潔的湖水，太湖水不但沒有變清，甚至持續(xù)惡化，其原因錯綜復(fù)雜。但其最 主要原因是太湖污染物量大，超過其自凈能力。污染物來源主要是工業(yè)、生活、 種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、水土流失、航運旅游、降雨降塵等外源和長期積存于湖底的淤 泥等內(nèi)源的二次污染。因此，太湖水污染防治除采取制訂統(tǒng)一的各區(qū)域污染防治 規(guī)劃、切實控制工業(yè)污染和建設(shè)足量的高標(biāo)準(zhǔn)污水處理系統(tǒng)外，采用新材料和新 技術(shù)進行動態(tài)降氮減磷迫在眉睫，也是提高自凈能力的前提。
傳統(tǒng)的降氮減磷方法有清淤、引活水、生物修復(fù)法和化學(xué)治污法等，但這 些方法都不同程度的存在不足。如用化學(xué)方法治理富營養(yǎng)化水體中的氮磷，就 是在污水中加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進磷的沉淀、加入石灰脫氮等，但 是這些極易造成二次污染。在眾多的水處理材料開發(fā)中，近年來黏土礦物吸附 劑普遍受到關(guān)注，己成為礦物學(xué)、環(huán)境學(xué)以及材料學(xué)等領(lǐng)域的研究開發(fā)熱點。黏 土礦物主要包括蒙脫石族、伊利石族、蛭石族、高嶺石族、凹凸棒石族等礦物。 其中，凹凸棒黏土由于其比表面積大、孔隙率高、極性強等特性而對水中有害污染物質(zhì)具有較強的吸附能力，被認(rèn)為是去除廢水中氮磷等有害元素較為理想的低 成本吸附劑之一。凹凸棒黏土是一種含水富鎂鋁的鏈層狀硅酸鹽礦物，具有眾多相互平行的納 米尺度的孔道，為天然一維納米材料。由于凹凸棒特殊的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在水 處理方面已得到應(yīng)用，但簡單的凹凸棒黏土處理對氮磷的吸附容量仍然有限。因 此，近年來，有機一無機復(fù)合材料受到了極大的關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)凹凸棒黏土與高 分子材料復(fù)合后，具有凹凸棒黏土所不具備的特殊性能，綜合性能有很大改善。 所以，將凹凸棒黏土與親水性單體進行聚合開發(fā)多元高分子水處理吸附劑 成為目前的重要發(fā)展方向。凹凸棒黏土對氮磷具有一定的吸附性能，將形成復(fù) 合吸附材料后可集成兩者的優(yōu)點，既具有大的吸附容量，又可以回收再利用， 在滿足湖泊水處理動態(tài)降氮減磷要求的同時，還可將吸附氮磷的吸附劑用于生態(tài) 治理。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對目前湖泊水處理材料的不足，提供一種既具有大的吸附 容量，又可以回收再利用，且成本較低的復(fù)合吸附劑及其制備方法。 本發(fā)明通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明采用廉價的凹凸棒黏土以及丙烯酸作為復(fù)合吸附劑的主要原料，添加 引發(fā)劑和交聯(lián)劑，在水溶液中經(jīng)接枝共聚、交聯(lián)、干燥制成復(fù)合型吸附劑。復(fù)合吸附劑以凹凸棒黏土為主要原料，以親水性高分子聚合物為網(wǎng)絡(luò)骨架材 料，通過溶液聚合形成三維網(wǎng)絡(luò)吸附結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)型凹凸棒黏土復(fù)合吸附劑可應(yīng) 用于湖泊中氮磷的動態(tài)去除，吸附的產(chǎn)物可用于荒漠化治理，具有緩釋氮磷的功 能。凹凸棒黏土是一種鏈層結(jié)構(gòu)的鎂鋁硅酸鹽礦物，在我國儲量豐富，價格低廉。 酸化凹凸棒黏土表面存在大量的親水性硅羥基，可以與丙烯酸有效的接枝，增強 復(fù)合吸附劑的凝膠強度，形成具有高吸附量的有機-無機復(fù)合吸附劑。一種網(wǎng)絡(luò)型凹凸棒黏土復(fù)合吸附劑，其特征在于原料的質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸100份、凹凸棒黏土 10-70份、交聯(lián)劑0.3-6份、引發(fā)劑0.1-2.8份以及發(fā)泡劑0.7-1.6 份；所述的交聯(lián)劑選自甘油、iV,iV'亞甲基雙丙烯酰胺以及硫酸鋁中一種；所述的 弓I發(fā)劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨以及過硫酸鉀中一種；所述的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫胺、丙酮中一種。本發(fā)明吸附劑的制備方法，其特征在于吸附劑原料的質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸100份、凹凸棒黏土10-70份、交聯(lián)劑0.3-6份、引發(fā)劑0.1-2.8份以及發(fā)泡劑0.7-1.6 份；所述的交聯(lián)劑選自甘油、iVJV'亞甲基雙丙烯酰胺以及硫酸鋁中一種；所述的 引發(fā)劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨以及過硫酸鉀中一種；所述的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、 碳酸氫胺、丙酮中一種，該方法包括以下步驟A、 將凹凸棒黏土用酸浸泡后，蒸餾水洗至中性，經(jīng)過烘干得到改性凹凸棒 黏土，改性凹凸棒黏土加入蒸餾水形成懸浮液的凹凸棒黏土液；B、 丙烯酸溶于蒸餾水中，攪拌下加入25-35wt。/。的氫氧化鈉溶液，然后加入 懸浮液的凹凸棒黏土液，再加入交聯(lián)劑，攪拌后加入引發(fā)劑和發(fā)泡劑，升溫至 60-9(TC，保持3-5小時，出料干燥后包裝。所述的A步驟中，酸選自硫酸或者磷酸。該制備方法在聚合反應(yīng)結(jié)束后形成微球，制備過程簡單，不產(chǎn)生二次污染。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點①凹凸棒黏土對物質(zhì)的吸附是表面 和孔道吸附，而復(fù)合吸附劑除具有凹凸棒黏土吸附的特征外，主要是網(wǎng)絡(luò)吸附， 該吸附具有吸附容量大等特點。②該復(fù)合吸附劑制備工藝簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)， 與現(xiàn)有產(chǎn)品比具有成本低等優(yōu)點。(D該復(fù)合吸附劑裝填于多孔包裝材料中可用于 湖泊或水庫中氮磷的吸附，達到平衡后可直接用于沙漠化土壤的植被恢復(fù)。實驗 表明該復(fù)合吸附劑與沙土以0.5wt。/。混合，不僅可緩釋氮磷有利于植物的生長， 而且還具有一定的保水能力。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。 ， 實施例1:將凹凸棒黏土用硫酸浸泡12小時后，蒸餾水洗至中性，12(TC烘至恒重。將 20克凹凸棒黏土置于燒杯中，加入300mL蒸餾水，劇烈攪拌30分鐘。稱取丙 烯酸158克，加入200毫升蒸餾水，攪拌下滴加30%的氫氧化鈉180mL。將已 攪拌成懸浮液的凹凸棒黏土液滴加入丙烯酸中，再加入交聯(lián)劑(甘油)0.5克， 攪拌30分鐘后加入引發(fā)劑(硝酸鈰銨)0.180克和發(fā)泡劑(碳酸氫鈉)1.2克。 升溫至7(TC，保持4小時。將產(chǎn)物在7(TC下烘至恒重包裝。產(chǎn)品對氮和磷的吸烘至恒重。將 100克凹凸棒黏土置于燒杯中，加入1300mL蒸餾水，劇烈攪拌30分鐘。稱取 丙烯酸800克，加入1000毫升蒸熘水，攪拌下滴加5摩爾的氫氧化鈉。將已攪 拌成懸浮液的凹凸棒黏土液滴加入丙烯酸中，再加入交聯(lián)劑(W7V'亞甲基雙丙烯 酰胺)7.2克，攪拌30分鐘后加入引發(fā)劑(過硫酸銨)9克和發(fā)泡劑(碳酸氫胺) 8.5克。升溫至60。C，保持5小時。將產(chǎn)物在70。C下烘至恒重包裝。產(chǎn)品對氮和 磷的吸附分別為253mg/g和278mg/g。 實施例3:將凹凸棒黏土用硫酸浸泡24小時后，蒸餾水洗至中性，12(TC烘至恒重。將 100克凹凸棒土置于燒杯中，加入lOOOmL蒸餾水，劇烈攪拌30分鐘。稱取丙 烯酸900克，加入800毫升蒸餾水，攪拌下滴加IO摩爾的氫氧化鈉。將已攪拌 成懸浮液的凹凸棒液滴加入丙烯酸中，再加入交聯(lián)劑(硫酸鋁)9.6克，攪拌30 分鐘后加入引發(fā)劑(過硫酸鉀)IO克和發(fā)泡劑(丙酮)10克。升溫至9(TC，保 持3小時。將產(chǎn)物在7(TC下烘至恒重包裝。產(chǎn)品對氮和磷的吸附分別為302mg/g 和295mg/g。 實施例4:將凹凸棒土用磷酸浸泡24小時后，蒸餾水洗至中性，12(TC烘至恒重。將 400克凹凸棒土置于燒杯中，加入3000mL蒸餾水，劇烈攪拌30分鐘。稱取丙 烯酸580克，加入1000毫升蒸餾水，攪拌下滴加5摩爾的氫氧化鈉。將已攪拌 成懸浮液的凹凸棒液滴加入丙烯酸中，再加入交聯(lián)劑(WW'亞甲基雙丙烯酰胺) 30克，攪拌30分鐘后加入引發(fā)劑(硝酸鈰銨)15克和發(fā)泡劑(碳酸氫鈉)8.5 克。升溫至乃X:，保持4小時。將產(chǎn)物在70。C下烘至恒重包裝。產(chǎn)品對氮和磷 的吸附分別為201mg/g和217mg/g。
權(quán)利要求
1、一種網(wǎng)絡(luò)型凹凸棒黏土復(fù)合吸附劑，其特征在于原料的質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸100份、凹凸棒黏土10-70份、交聯(lián)劑0.3-6份、引發(fā)劑0.1-2.8份以及發(fā)泡劑0.7-1.6份；所述的交聯(lián)劑選自甘油、N，N′亞甲基雙丙烯酰胺以及硫酸鋁中一種；所述的引發(fā)劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨以及過硫酸鉀中一種；所述的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫胺、丙酮中一種。
2、 如權(quán)利要求1所述吸附劑的制備方法，其特征在于吸附劑原料的質(zhì)量份 數(shù)為丙烯酸100份、凹凸棒黏土 10-70份、交聯(lián)劑0.3-6份、弓I發(fā)齊U 0.1-2.8份 以及發(fā)泡劑0.7-1.6份；所述的交聯(lián)劑選自甘油、WiV'亞甲基雙丙烯酰胺以及硫 酸鋁中一種；所述的引發(fā)劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨以及過硫酸鉀中一種；所述 的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫胺、丙酮中一種，該方法包括以下步驟A、 將凹凸棒黏土用酸浸泡后，蒸餾水洗至中性，經(jīng)過烘干得到改性凹凸棒 黏土，改性凹凸棒黏土加入蒸餾水形成懸浮液的凹凸棒黏土液；B、 丙烯酸溶于蒸餾水中，攪拌下加入25-35wtM的氫氧化鈉溶液，然后加入 懸浮液的凹凸棒黏土液，再加入交聯(lián)劑，攪拌后加入引發(fā)劑和發(fā)泡劑，升溫至 60-90°C，保持3-5小時，出料干燥后包裝。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于A步驟中，酸選自硫酸或者磷酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)型凹凸棒黏土復(fù)合吸附劑及其制備方法。本發(fā)明采用廉價的凹凸棒黏土以及丙烯酸作為復(fù)合吸附劑的主要原料，添加引發(fā)劑和交聯(lián)劑，在水溶液中經(jīng)接枝共聚、交聯(lián)、干燥制成復(fù)合型吸附劑。吸附劑可用于湖泊或水庫中氮磷的吸附，達到平衡后可直接用于沙漠化土壤的植被恢復(fù)。
文檔編號B01J20/10GK101664666SQ20081015085
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者張俊平, 王愛勤, 鄭易安 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所