[发明专利]一种三维多孔抗压限胀型膨润土吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型膨润土吸附材料制备工艺，特别是一种三维多孔抗压限胀型膨润土吸附材料及其制备方法。

背景技术

吸附是去除污水中可溶性重金属离子和有机物的常用方法，该法通过使用吸附材料实现。当前，常用的吸附材料有活性炭和粘土矿物。

活性炭吸附材料因其具有巨大的比表面积和良好的孔态分布，被广泛应用于特种污水或含有难于用一般方法处理的有毒有机物的污水处理中，在使用中活性炭吸附材料的局限性有两点，其一在于过高的成本，提升了水处理污染的成本；其二在于其对重金属离子过低的去除效率。这两个缺点限制了该吸附材料的应用领域和广泛推广。市场需要一种安全的、环保的、低廉的和协同吸附有机物与重金属离子的优质吸附材料。

粘土类矿物贮量大、低廉环保并兼具优良的吸附性能而备受关注，已成为近年来研究与应用的优选材料之一，特别是该类材料的具有较多的改性功能，可根据不同的吸附处理对象进行针对性改性，使其具有更加优良的吸附性能。主要的粘土矿物有膨润土、高岭石、沸石和硅藻土等。其中研究最广、最为大家青睐且有望市场化应的当属膨润土矿物材料。

如中国专利ZL200410018109所述的一种有机-无机符合膨润土废水处理材料的制备方法。在膨润土层间与表面形成羟基金属，有效的吸附了磷酸根与有机物，并提高了固液分离能力。

如美国专利US6093241所述的一种从废水中除油的颗粒状有机粘土混合物，配方涉及海泡石、绿坡石、四元化合物及水泥胶黏剂等，该吸附材料具有高温稳定性的特质。

膨润土矿物材料经提纯与改性后是一种具有高活性和高吸附性能的优质吸附材料，其在污水处理工业中具有广泛的应用价值和应用前景。但是，该材料在改性研究和应用推广中主要存在如下问题：1）固-液分离困难。由相关研究可知，膨润土的颗粒粒径越小，比表面积和表面张力越大，其水处理吸附效率越高；但是颗粒粒径越小，颗粒在液体中的沉降速率越慢，其颗粒的相对溶胀性越大（10%左右），两者均加大了沉降、浓缩和脱水等工艺的成本。现在解决该问题的办法主要有两种，一是向固-液体系中加入絮凝剂；二是提高过滤压力，前者引入了二次污染物，后者提高了投资成本。2）深加工研究不足。当前，大多研究者集中于表面改性剂对膨润土处理不同污水时的吸附效果及行业等方面的研究，所用的膨润土原料均为传统的粉状颗粒，没有结合原料深加工与膨润土改性两者相关性的研究。3）引入二次污染。由于膨润土吸附材料吸水膨胀后，其呈絮凝态，材料强度极低，在搅拌和脱失工艺中将会破裂，裂化的膨润土粒度下，沉降极其缓慢，在水处理中，不得不采用絮凝剂去除这些颗粒；无论是有机絮凝剂，还是无机絮凝剂均会溶解在水体当中，这样，造成水处理成本的上升，并引入了二次污染。4）吸附兼容性差。吸附材料处理水体中的污染物大致可分为两类，即金属离子和有害有机物。金属离子和有害有机物各自种类繁多，具相关报道，采用膨润土改性吸附金属离子或有害有机物时，有一种改性及改性的膨润土仅能有效吸附水中的1~2种有害物质，所以，针对受多种有害物质污染的水体，将使用多种被改性后的膨润土，这样，造成了水处理工艺的复杂化，提高了成本；这也是膨润土一直未曾取代活性炭用于水体治理的原因之一。

发明内容

针对膨润土矿物材料在研究与应用中存在的技术问题，本发明的目的是制备一种新型水处理吸附材料，本发明通过特定的配方设计和工艺参数选择，制备合成出一种有良好的兼容性、易于固液分离、吸附工艺简单、成本低廉、环境友好的三维抗压限胀型膨润土多孔吸附材料。该吸附材料具有多孔、疏水、耐压的材料特性和同时能协同吸附污水中金属离子与有机物的功能特性。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种三维多孔抗压限胀型膨润土吸附材料，该材料由下述重量百分比的原料制备而成：

插层炭化膨润土40—75%；胶凝材料10—20%；发泡剂3%；增稠剂1%；减水剂1％；水10—45%。

进一步的，所述材料中：

所述胶凝材料为硅酸盐水泥或硫酸盐水泥。

所述发泡剂为硝酸铵、碳酸铵或碳酸氢钠。

所述增稠剂为羟甲基纤维素。

所述减水剂为木质素磺酸钠、三聚氰胺甲醛缩聚物或对氨基苯磺酸盐-磺化丙酮-甲醛缩合物。

所述插层炭化膨润土由下述重量百分比的原料制备而成：

膨润土10-20%；蒸馏水60-75%；丙烯酸3-8%；引发剂0.03%；氢氧化钠9-12%；乳化剂0.05%；交联剂0.02%。

所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。