[发明专利]聚硅氧烷季铵盐改性沸石的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚硅氧烷季铵盐改性天然沸石的制备方法和应用，具体涉及一种天然沸石表面的硅氧烷季铵盐单体化合物现场聚合方法以及聚硅氧烷季铵盐改性天然沸石在水处理方面的应用。

背景技术

随着世界范围内水污染日趋严重和可用水资源的逐渐匮乏，污水处理，生态农业，及水资源保护等问题已受到世界各国的普遍重视。中国作为发展中的人口大国，一方面，工业化生产过程中所产生的大量工业污水，人们日常生活中所产生的生活污水，农业生产过程中由于农肥和农药自土壤中流失而产生的污水急剧增加，从而导致大部分江河流域的水污染越来越严重，地表水已进入富营养化阶段，饮用水安全受到威胁，重大水污染事件时有发生；另一方面，我国水资源总量2．8万亿立方米，只相当于世界人均水平的1／4，是世界l3个贫水国家之一，但水资源的有效使用率，特别是农业用水的效率还有待进一步提高。目前，水污染已严重制约我国经济和社会的稳定发展，对于一些与老百姓日常生活密切相关的自来水水源的水质恶化及污染如太湖蓝藻事件，还没有有效的预防和根治方法；水资源的低效使用和区域分配不均已严重影响我国一些地方的农业生产和发展。为了有效地控制水污染的恶化趋势和高效使用水资源，国家已制定了更为严格的污水排放标准和饮用水质标准，同时鼓励相关企业和研究机构开发能提高水资源使用效率的新材料及技术，因此研究和开发出一些高效、价廉的水处理材料及技术具有非常现实的经济和社会意义。

天然沸石是1756年被瑞典矿物学家Ａ．Ｆ．Ｃｒｏｎｓｔｅｄ首先发现的含有水架状结构的铝硅酸盐矿物，是一族多孔的碱金属和碱土金属盐的总称，其内部有许多大小均一的孔道，比表面积可达到300～400m²／g，因而具有优良的吸附性、离子交换性和催化性能等。天然沸石因其具有优于合成沸石的热稳定性、耐酸性、耐辐射性，以及成本低、储量大等特点，已成为当今世界各国极为重视的新兴矿产资源，并越来越受重视。我国是一个天然沸石资源丰富的国家。现已发现的天然沸石产地主要分布在我国21个省市、自治区，共有沸石岩石产地150多处，总储量达40亿吨。天然沸石因其表面带有负电荷和具有极性硅羟基基团而对阳离子具有较高的交换容量，但对水中的阴离子污染物的吸附能力较差。为了提高天然沸石对水中阴离子污染物的吸附能力和扩展天然沸石的应用领域和范围，有必要对其表面进行改性。中国专利CN102921378A公开了松香基季铵盐阳离子表面活性剂改性沸石的制备方法及应用。该专利方法将松香基季铵盐吸附于沸石的表面来制备松香基季铵盐阳离子表面活性剂改性沸石并用于饮用水中溶解性有机物（腐植酸）、印染废水中阴离子染料（刚果红）和铜离子等重金属污染物的去除。美国专利US20040108274A1公开了十六烷基三甲基氯化铵改性沸石的制备方法及去除水中有害微生物的应用。

以上这些方法制备的改性沸石虽然对水中阴离子污染物具有良好的吸附能力，但缺点是通过静电作用固载到沸石表面的小分子阳离子化合物在使用的过程中会缓慢地释放到被处理的水中而导致其表面活性成分的逐渐下降，从而造成其使用寿命较短。因此，开发一种使用寿命较长的改性沸石具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有改性沸石材料及其技术存在的一些缺点，提供一种材料来源广泛便宜、制备路线简单的聚硅氧烷季铵盐改性天然沸石材料及其技术。

本发明的技术方案为，硅氧烷季铵盐是一类带有正电荷的可水解和聚合的有机硅季铵盐化合物，如果通过独特的原位聚合方法，使得硅氧烷季铵盐单体化合物均匀地聚合于沸石的表面，充分利用聚硅氧烷季铵盐的大分子和正电荷特性以及沸石的高比表面积和表面带负电荷的特性，就有可能制备性能优良的非溶出型聚硅氧烷季铵盐改性沸石材料。目前，还没有这方面的报道。为此，本发明采用天然沸石为载体，通过硅氧烷季铵盐单体化合物在其表面的原位聚合来制备对环境无害的非溶出型聚硅氧烷季铵盐改性沸石。

本发明所述的非溶出型聚硅氧烷季铵盐改性沸石可以通过硅氧烷季铵盐单体化合物在沸石表面的原位聚合来制备，具体过程包括如下步骤：

(1)天然沸石的清洗：

将天然沸石和蒸馏水按重量比1：20-30进行混合，搅拌30-40分钟后过滤，重复该步骤3-4次，然后干燥备用；

(2)硅氧烷季铵盐单体化合物在天然沸石表面的现场聚合：