利用吸附染料后的廢黏土礦物原位反應(yīng)制備多功能復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用吸附染料后的黏土礦物原位制備多功能復(fù)合材料的方法，屬固體廢棄物資源化利用和功能復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水污染特別是印染行業(yè)造成的水污染問(wèn)題不僅威脅人類身體健康，而且嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，各種化學(xué)、物理和生物方法廣泛應(yīng)用于印染廢水處理，其中吸附法被認(rèn)為是最有效和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的處理方法。黏土礦物由于具有比表面積大、孔道豐富等特性以及資源分布廣、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性高、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，被大量用于處理印染廢水，其可以有效去除陽(yáng)離子、陰離子和非離子染料，但在可觀的凈化效果背后存在難題一一吸附染料后的黏土礦物成為廢土，由于不易再生使用，成為二次污染源。
[0003]用黏土礦物處理印染廢水，所吸附的主要對(duì)象是染料色素和不易生物降解的有機(jī)物等。染料色素以及有機(jī)物因含有不飽和鍵一般都具有較強(qiáng)還原性，因此處理染料廢水后的廢土可以作為金屬離子的原位還原劑。同時(shí)在適度反應(yīng)條件下，染料分子可自身被炭化成有吸附活性的炭。
[0004]目前，以負(fù)載有機(jī)質(zhì)黏土礦物為原料制備炭/黏土礦物材料的方法主要是高溫煅燒。我們以凹凸棒石棕櫚油脫色廢土為原材料，采用煅燒法制備了凹凸棒石/炭納米復(fù)合材料，其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附容量高達(dá)132.7 mg/g (RSC Advance, 2015, 5，38443 - 38451)。也利用脫色廢土制備了凹凸棒石/炭棕櫚油脫色劑(中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?201210586032.5)。這種方法雖然可以制備出含炭材料，但煅燒過(guò)程易產(chǎn)生大量煙氣和焦油。采用一鍋水熱法可以有效地將有機(jī)物炭化為含炭復(fù)合材料，可避免產(chǎn)生煙氣。艾倫紅等以蒙脫石和葡萄糖為原料通過(guò)水熱法制備了凹凸棒石/炭納米復(fù)合材料，其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附容量高達(dá) 194.2 mg/g (Chemical Engineering Journal, 2013, 223, 688 - 695)。中國(guó)專利CN104671229A公開(kāi)了一種水熱炭化生物質(zhì)制備炭微球的方法，可以通過(guò)直接炭化法獲得炭微球；中國(guó)專利CN103055806A公開(kāi)了一種炭包覆凹凸棒石復(fù)合材料的制備方法，雖然可以得到含炭復(fù)合材料，但炭源是昂貴的葡萄糖，成本高，而且由于黏土礦物與電中性葡萄糖吸附能力弱，通常需要較高的濃度才能得到所需炭含量。這些方法是以純有機(jī)物負(fù)載天然硅酸鹽黏土或棕櫚油脫色廢土為原料制備載炭復(fù)合材料，尚沒(méi)有利用印染廢水處理黏土礦物廢料制備含活性金屬納米粒子和炭的復(fù)合材料的制備技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提供一種利用吸附染料后的廢黏土礦物原位反應(yīng)制備多功能復(fù)合材料的方法，以廢土中負(fù)載的染料為還原劑，在不添加任何化學(xué)還原劑的前提下，通過(guò)一步水熱反應(yīng)將金屬離子原位還原成金屬納米粒子，同時(shí)染料分子被炭化得到黏土礦物/炭/金屬納米粒子復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)“黏土礦物-染料廢水處理-功能材料應(yīng)用”，開(kāi)辟多元復(fù)合材料循環(huán)利用的新途徑，用于各種廢水的處理。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:將吸附染料廢水的黏土礦物，經(jīng)脫水處理后按固液比1:10分散到水中，加入占廢土質(zhì)量1%?20%的金屬鹽攪拌溶解；轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)罐中，溫度80-200 °C反應(yīng)1~72 h;自然冷卻至室溫后，離心、洗滌、干燥、研磨、過(guò)篩得到棕黑色的復(fù)合材料。
[0007]其中，所述的黏土礦物為凹凸棒石、海泡石、伊蒙黏土、蒙脫石、累托石、蛭石、高嶺石、埃洛石、伊利石、云母中的一種。
[0008]其中，所述染料為亞甲基藍(lán)、甲基紫、結(jié)晶紫、剛果紅、孔雀石綠、陽(yáng)離子紅、陽(yáng)離子黃、堿性綠、蘇丹紅、靛藍(lán)、永固橙RN(C.1.顏料橙5)、金光紅(C.1.顏料紅21)、聯(lián)苯胺黃G(C.1.顏料黃12)、羅丹明B、大分子橙4R(C.1.顏料橙31)、大分子紅R(C.1.顏料紅166)、酞菁紅(C.1.顏料紫19)、永固紫RL(C.1.顏料紫23)、顏料黃2GLT (C.1.顏料黃109)、永固橙HSL (C.1.顏料橙36)中的一種或幾種；其中，染料的吸附量為黏土礦物質(zhì)量10%?20%。
[0009]其中，所述的吸附染料脫水處理后黏土礦物的含水量小于40%。
[0010]其中，所述的金屬鹽為硝酸銀、乙酸銀、高氯酸銀、氯金酸、氯鈀酸、氯鉑酸、氯化銅、硫酸銅、氯化錳、硫酸錳、氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中的一種或兩種。
[0011 ] 其中，洗滌采用體積比為1:1的乙醇/水混合溶液。
[0012]其中，所述用于吸附有機(jī)分子的復(fù)合材料通過(guò)水熱方法循環(huán)再生使用。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
(1)利用黏土礦物處理印染廢水，實(shí)現(xiàn)水體凈化；再將得到的廢土分散在水中，加入金屬鹽經(jīng)過(guò)水熱處理，可一步得到黏土礦物/炭/金屬納米粒子功能復(fù)合吸附材料，實(shí)現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用。
[0014](2)采用水熱處理，既活化了黏土礦物，又原位負(fù)載了炭和金屬納米粒子，制備方法簡(jiǎn)單，過(guò)程中的水可以循環(huán)利用，無(wú)煙氣排放，無(wú)環(huán)境污染。
[0015](3)將所制備的復(fù)合材料用于染料污染物吸附后，通過(guò)水熱方法實(shí)現(xiàn)了循環(huán)再生使用，開(kāi)辟了復(fù)合材料循環(huán)利用的新途徑。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為實(shí)施例1凹凸棒石吸附染料后的廢土和凹凸棒石/炭/銀納米粒子復(fù)合材料的FTIR譜圖。
[0017]圖2為實(shí)施例1凹凸棒石吸附染料后的廢土和凹凸棒石/炭/銀納米粒子復(fù)合材料的XRD圖譜。
[0018]圖3為實(shí)施例1凹凸棒石吸附染料后的廢土和凹凸棒石/炭/銀納米粒子復(fù)合材料的TEM照片。
[0019]圖4為實(shí)施例1凹凸棒石/炭/銀納米粒子復(fù)合材料對(duì)金霉素和四環(huán)素的移除率。
[0020]圖5為實(shí)施例1凹凸棒石/炭/銀納米粒子復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)和甲基紫的移除率。
[0021]圖6為實(shí)施例5凹凸棒石/炭/銀納米粒子復(fù)合材料吸附亞甲基藍(lán)后再經(jīng)水熱處理8次循環(huán)后對(duì)亞甲基藍(lán)的移除率。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)解決方案做進(jìn)一步說(shuō)明，這