網絡型凹凸棒黏土復合吸附劑及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種網絡型凹凸棒黏土復合吸附劑及其制備方法。本發明專利技術采用廉價的凹凸棒黏土以及丙烯酸作為復合吸附劑的主要原料，添加引發劑和交聯劑，在水溶液中經接枝共聚、交聯、干燥制成復合型吸附劑。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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種有機-無機復合吸附劑，更具體地說，本專利技術涉及一種網絡 型凹凸棒黏土復合吸附劑及制備方法。
技術介紹
隨著我國經濟的快速發展，70%的江河湖海都已經污染。在水體污染中，水 體富營養化污染已引起了全社會的高度關注。水體富營養化是指氮、磷等營養物 質大量進入湖泊、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，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象。有關統計數據 顯示，我國湖泊總面積約7.43萬平方公里，85%的水體富營養化。在上個世紀 90年代，我國東部的湖泊已基本全部處于富營養化狀態。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，甚至持續惡化，其原因錯綜復雜。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、生活、 種植業、養殖業、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 泥等內源的二次污染。因此，太湖水污染防治除采取制訂統一的各區域污染防治 規劃、切實控制工業污染和建設足量的高標準污水處理系統外，采用新材料和新 技術進行動態降氮減磷迫在眉睫，也是提高自凈能力的前提。傳統的降氮減磷方法有清淤、引活水、生物修復法和化學治污法等，但這 些方法都不同程度的存在不足。如用化學方法治理富營養化水體中的氮磷，就 是在污水中加入化學藥劑殺藻、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中，近年來黏土礦物吸附 劑普遍受到關注，己成為礦物學、環境學以及材料學等領域的研究開發熱點。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具有較強的吸附能力，被認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構和性質，在水 處理方面已得到應用，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，有機一無機復合材料受到了極大的關注，研究發現凹凸棒黏土與高 分子材料復合后，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多元高分子水處理吸附劑 成為目前的重要發展方向。凹凸棒黏土對氮磷具有一定的吸附性能，將形成復 合吸附材料后可集成兩者的優點，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降氮減磷要求的同時，還可將吸附氮磷的吸附劑用于生態 治理。
技術實現思路
本專利技術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，且成本較低的復合吸附劑及其制備方法。 本專利技術通過以下措施來實現本專利技術采用廉價的凹凸棒黏土以及丙烯酸作為復合吸附劑的主要原料，添加 引發劑和交聯劑，在水溶液中經接枝共聚、交聯、干燥制成復合型吸附劑。復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絡骨架材 料，通過溶液聚合形成三維網絡吸附結構。該網絡型凹凸棒黏土復合吸附劑可應 用于湖泊中氮磷的動態去除，吸附的產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構的鎂鋁硅酸鹽礦物，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 復合吸附劑的凝膠強度，形成具有高吸附量的有機-無機復合吸附劑。一種網絡型凹凸棒黏土復合吸附劑，其特征在于原料的質量份數為丙烯酸100份、凹凸棒黏土 10-70份、交聯劑0.3-6份、引發劑0.1-2.8份以及發泡劑0.7-1.6 份；所述的交聯劑選自甘油、iV,iV'亞甲基雙丙烯酰胺以及硫酸鋁中一種；所述的 弓I發劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨以及過硫酸鉀中一種；所述的發泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫胺、丙酮中一種。本專利技術吸附劑的制備方法，其特征在于吸附劑原料的質量份數為丙烯酸100份、凹凸棒黏土10-70份、交聯劑0.3-6份、引發劑0.1-2.8份以及發泡劑0.7-1.6 份；所述的交聯劑選自甘油、iVJV'亞甲基雙丙烯酰胺以及硫酸鋁中一種；所述的 引發劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨以及過硫酸鉀中一種；所述的發泡劑為碳酸氫鈉、 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，再加入交聯劑，攪拌后加入引發劑和發泡劑，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結束后形成微球，制備過程簡單，不產生二次污染。 與現有技術相比，本專利技術具有以下優點①凹凸棒黏土對物質的吸附是表面 和孔道吸附，而復合吸附劑除具有凹凸棒黏土吸附的特征外，主要是網絡吸附， 該吸附具有吸附容量大等特點。②該復合吸附劑制備工藝簡單，便于大規模生產， 與現有產品比具有成本低等優點。(D該復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。實驗 表明該復合吸附劑與沙土以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合實施例對本專利技術做進一步說明。 ， 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，再加入交聯劑(甘油)0.5克， 攪拌30分鐘后加入引發劑(硝酸鈰銨)0.180克和發泡劑(碳酸氫鈉)1.2克。 升溫至7(TC，保持4小時。將產物在7(TC下烘至恒重包裝。產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，再加入交聯劑(W7V'亞甲基雙丙烯 酰胺)7.2克，攪拌30分鐘后加入引發劑(過硫酸銨)9克和發泡劑(碳酸氫胺) 8.5克。升溫至60。C，保持5小時。將產物在70。C下烘至恒重包裝。產品對氮和 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，再加入交聯劑(硫酸鋁)9.6克，攪拌30 分鐘后加入引發劑(過硫酸鉀)IO克和發泡劑(丙酮)10克。升溫至9(TC，保 持3小時。將產物在7(TC下烘至恒重包裝。產品本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種網絡型凹凸棒黏土復合吸附劑，其特征在于原料的質量份數為：丙烯酸１００份、凹凸棒黏土１０－７０份、交聯劑０．３－６份、引發劑０．１－２．８份以及發泡劑０．７－１．６份；所述的交聯劑選自甘油、Ｎ，Ｎ′亞甲基雙丙烯酰胺以及硫酸鋁中一種；所述的引發劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨以及過硫酸鉀中一種；所述的發泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫胺、丙酮中一種。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王愛勤，鄭易安，張俊平，
申請(專利權)人：中國科學院蘭州化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：62[中國|甘肅]