[发明专利]一种酸改性凹凸棒土-聚氨酯多孔材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于无机-有机材料合成技术领域，涉及酸改性凹凸棒土-聚氨酯多孔材料，特别涉及一种酸改性凹凸棒土-聚氨酯多孔材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着染料工业的飞速发展和后整理技术的进步，新型助剂、染料、整理剂等在印染行业中被大量使用，由此产生的印染废水也成为主要有害废水之一。染料废水组分复杂、浓度高、色度深、亲水性好、可生化性差和危害大，且难降解有毒有机成分的含量也越来越多，有些甚至是致癌、致突变、致畸变的有机物，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。染料废水的污染和毒性已成为当前染料行业生存和发展的关键问题。寻找能耗低、操作简单、无污染、分离效率高的印染废水的处理方法已经成为当今国内外研究的重点课题。

由大量微细孔及聚氨酯树脂孔壁经络组成的多孔性聚氨酯材料，性能优良，与其它泡沫塑料相比，聚氨酯泡沫塑料的具有许多特色，除密度低以外，还具有无臭、透气(软泡)、高绝热性(硬泡)、泡孔均匀、耐老化、一定的耐有机溶剂侵蚀等特性，对金属、木材、玻璃、砖石、纤维等有很强的粘附性。

凹凸棒土是含水富镁硅酸盐晶体矿物，具有独特的层链状结构、不同寻常的胶体性能和强大的吸附能力；另外，凹凸棒土具有众多平行于棒晶方向的纳米级沸石孔道，因而具有相当大的内表面积；同时其晶体颗粒非常小，外表面积也很大。凹凸棒土的吸附作用分为物理吸附及化学吸附，物理吸附的实质是通过范德瓦耳斯力将吸附质分子吸附在凹凸棒土的内外表面；化学吸附是分子间经化学键在凹凸棒土表面形成吸附中心，其吸附是基于凹凸棒土的表面可能存在的几种吸附中心:

l)硅氧四面体层内因类质同晶置换产生的弱电子供给氧原子，它们与吸附核的作用很弱；

2)在纤维边缘与金属阳离子(Mg²⁺)配位结合的结晶水分子(H₂O)，它还可以与吸附核形成氢键；

3)在四面体层外表面上由Si-O-Si硅氧键断裂形成的Si-OH基不仅可以接受离子，而且可以与晶体外表面的吸附分子相互结合，还可以与某些有机试剂形成共价键；

4)晶体化学成分的非等价类质同晶置换 (A1³⁺或Fe³⁺对Mg²⁺)及加热造成的配位水(H₂O、OH^-)失去而产生的电荷不平衡形成的静电吸附中心。

凹凸棒土在形成过程中由于类质同晶置换，即硅氧四面体中的Si⁴⁺被Al³⁺替代，或者其高价阳离子被低价阳离子代替，因而在其表面产生过剩负电荷。由于电荷的不平衡，凹凸土具有交换吸附阳离子的性质，即有一定的阳离子交换容量。

天然的凹凸棒石黏土包含一些矿物杂质，如蒙脱石、高岭石、碳酸盐、少量微粒石英和长石，可能堵塞孔道，降低表面积，削弱了整体的物化性能，从而使凹凸棒石黏土的胶体性、吸附性等在工业使用中受到很大的影响。活化改性的方法可以除去天然凹凸棒石黏土的杂质，增加比表面积，提高其吸附和离子交换性能，使凹凸棒石黏土广泛地应用于吸附、脱色、胶体泥浆、催化剂及载体等领域。目前主要的研究成果有：

（1）染整技术，2008, 30(12): 6-10，报道了用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)和十二烷基硫酸钠(SDS)改性凹凸棒土对模拟污染水中痕量亚甲基蓝的吸附作用，结果表明废水中亚甲基蓝去除率可达98.56%，但是对废水溶液的pH值有一定的要求，吸附之后不易分离；

（2）净水技术，2009, 28(2): 68-71，报道了改性凹凸棒石对碱性蓝54的吸附试验研究，结果表明：改性凹凸棒石对碱性蓝54的最大吸附量可达550mg/g，但是改性后的凹凸棒石仍为粉末状固体，不易于分离；

（3）Journal of Hazardous Materials，2011, 194: 7-14，报道了用氨基封端的有机硅改性凹凸棒土的制备并成功用于活性红3BS、活性蓝KE-R、活性黑GR的吸附，结果表明改性后的凹凸棒土对三种活性染料的吸附可达99.32%，99.67%和96.42%，但是在制备过程中用到了APTES和甲苯，吸入有毒并且给环境带来污染；

（4）Chemical Engineering Journal，2011, 166: 40-48，报道了β-环糊精/凹凸棒土材料的合成并用于水溶液中2，4-二氯苯酚和2，6-二氯苯酚的吸附，但反应温度高，反应时间长，需消耗大量能源，同时需要大量DMF，使得成本提高；