[发明专利]一种层间硅烷改性膨润土及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种层间有机硅烷改性膨润土及其作为吸附剂在含铜废水中的应用。 

背景技术

环境污染问题已成为当今世界最为关注的焦点。污染环境水质的重要污染源是工业废水中的重金属离子，在环境污染方面所说的重金属，主要包括汞、镉、铅以及金属砷等生物毒性显著的重金属，也包括具有毒性的重金属铜、锌、钴、镍等。煤矿、金属硫化物矿、铁矿、冶金、电镀等生产企业排放的废水，是污染水环境的含金属离子废水的主要来源。特别像电镀行业，除了镀件要求的电镀铜之外，镀铜层常作为镀镍、镀锡、镀铬、镀银、镀金的底层，以提高基体金属与表面镀层的结合力和镀层的防腐蚀性能，由此可见，含铜废水在电镀行业中十分普遍。因而，如何安全而有效地处理废水中的铜等重金属离子对环境的治理及人类的可持续发展具有重要意义。 

目前，对于含重金属离子废水的处理主要采用化学法、离子交换法、膜分离法、生物法、吸附法等。化学法可分为中和沉淀法、硫化物沉淀法和电化学法。中和沉淀法特点是在去除重金属离子的同时能中和各种酸及其混合液，由于受到pH值及废水中氰、铵等络合离子的影响，对混合废水的出水效果不好，沉渣量大，出水硬度高，会使土壤、水体碱化；硫化物沉淀法虽然pH值范围较宽，但硫化物沉淀细小，不易沉降形成二次污染，且硫化剂本身有毒，价格昂贵，亦限制了它的应用。离子交换法通常所使用的离子交换树脂虽然其具有选择性好、吸附容量大、快速等优点，但其价格昂贵，目前仍然停留在试验阶段。 膜分离技术对含重金属离子废水有较好的处理效果及无二次污染等优点，但是其处理价格比较昂贵，亦限制了该工艺的广泛应用；生物法在应用上具有较多优点，如综合处理能力较强，处理方法简便等，然而生物处理法存在着功能菌繁殖速度和反应速率慢，处理水难以回用的缺点。因此，吸附法由于具有吸附工艺简便、环境友好等特点，已成为近年来水处理研究的重点之一。 

吸附法处理含铜废水的关键是高效吸附剂的开发，近年来，研究人员在这方面进行了较为广泛的研究。Hui等（Hui K S,Chao C Y H.Journal of Hazardous Materials,2005,127(3),89-101.）发现4A沸石对多种金属离子（Co²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺、Zn^2＋、Ni^2＋）有很好的吸附性能，尤其是对Cu^2＋的吸附性能最佳。为了提高材料的吸附性能，人们进一步进行了改性的研究。Rengaraj等（Rengaraj S,Kim Y.Journal of Colloid and Interface Science,2004,273(1):14-21.）通过对多孔渗水性钒土进行氨化和质子化改性后，实现了对含铜的质量浓度为100mg/L的废水去除达到95%。Walcarius等人（Walcarius A,Lüthi N,Blin J L,Su B L,Lamberts L.Electrochimica Acta,1999,44(25),4601-4610.）研究发现，对MCM-41的表面进行氨基（NH₂-）改性得到的材料对Cu²⁺具有良好的选择吸附性能，可以对水中的Cu²⁺进行跟踪定量检测。Liu等人（Liu A M,Hidajat K,Kawi S,Zhao D Y.Chemical Communications,2000,13,1145-1146.）亦发现，对SBA-15的孔道表面进行氨基改性后，通过其对Hg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺、Ni²⁺等几种重金属离子的吸附研究，发现该材料对Cu²⁺有很好的吸附性能，Cu²⁺去除率达到99.8%。最近，李爱阳等（李爱阳,褚宏伟.材料保护,2004,37(6):37-41.）通过对斜发沸石的改性研究发现，其对Cu²⁺的吸附能力明显提高，并同时可去除锌、镉、铅等重金属离子。上述的研究表明，众多多孔材料对Cu²⁺都具有一定吸附性能，特别是对材料的表面进行氨基化的处理后，吸附性能有极大的提高。然而，由于一般多孔材料的合成价格较高，限制了该类材料的广泛应用，因此，对于价格低廉的高 效吸附材料还有待于进一步开发。