[发明专利]一种水热法改性提高凹凸棒石吸附性能的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及的是对凹凸棒石进行低成本的水热法改性，以改性凹凸棒石作为吸附剂来提高其对水中有机染料的吸附性能，可应用于水体中微量难降解染料的脱除。

二、背景技术

凹凸棒石是一种天然的纳米尺度的层状水合镁铝硅酸盐矿物，具有较丰富的孔道结构和较大的比表面积以及较强的吸附性能。因此，凹凸棒石已被广泛用于各种领域，包括重金属离子和染料吸附剂，催化剂载体。然而凹凸棒石表面具有较强的亲水性，使得其吸附容量以及适用性有待提高，尤其是对有机污染物的吸附性能相对较弱。凹凸棒石传统的亲有机改性方法主要是表面活性剂改性，例如利用表面活性剂（如十六烷基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵等）和偶联剂（如硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂）对凹凸棒石进行改性；此外还有高温煅烧以及酸处理等改性方法。然而表面活性剂和偶联剂改性存在着改性方法繁琐，成本高等缺点。高温煅烧法改性凹凸棒石，反应温度至少达到500℃以上，能耗大，对亚甲基蓝的脱除率只有69%。

三、发明内容

本发明旨在提供一种水热法改性提高凹凸棒石吸附性能的方法，所要解决的技术问题是通过提高凹凸棒石的比表面积提高其对水中难降解有机染料的吸附能力。

本发明水热法改性提高凹凸棒石吸附性能的方法，与现有技术的区别在于：

将凹凸棒石含量≥95wt%的凹凸棒石粘土原矿粉碎并过200目筛（d=74μm）得凹凸棒石粉料；将所述凹凸棒石粉料和蒸馏水按1g：8-32mL的质量体积比混合，超声分散均匀，升温至100-120℃，反应6-24h，反应结束后冷却至室温，依次经洗涤、干燥和粉碎后得到改性凹凸棒石粉末。

所述凹凸棒石粉料和蒸馏水优选1g：16mL的质量体积比混合为最优配比。

反应温度优选为110℃，反应时间优选为12h，为最优水热条件。

凹凸棒石是一种廉价且储量丰富的具有链层状结构的镁铝硅酸盐粘土矿物，其较大的比表面积、表面的物理化学结构以及电荷特性等使凹凸棒石粘土具有良好的吸附特性。本发明以凹凸棒石为原料，采用水热法对凹凸棒石进行了改性。水热处理后，凹凸棒石在水溶液中的分散性提高，在水热处理过程中逐步脱除不同形态的水分子，孔道结构相应发生改变，从而对有机污染物的吸附脱除能力提高。

本发明以凹凸棒石粘土为原料，采用非均相水热法处理凹凸棒石，得到比表面积增大的凹凸棒石吸附剂。

亚甲基蓝是一种常见的很难降解的染料废水污染物，对固体表面表现出良好的亲和力，并在染料工业常用。它主要是以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显色基团和极性基团，结构复杂，性能稳定，这给印染废水的处理带来了很大困难。目前用于治理染料废水的处理方法主要包括生物氧化法、氧化法、光催化法、吸附法、混凝法和电化学法等。其中吸附法以其操作简便、成本低而备受关注。在吸附法处理过程中，吸附剂是核心。

将本发明改性凹凸棒石用于水体中有机染料的吸附处理：

本发明以亚甲基蓝作为废水染料的代表进行吸附处理，亚甲基蓝的初始浓度为500mg/L，本发明改性凹凸棒石的添加量与亚甲基蓝溶液的固液比为1g：2500mL，200r/min，30°C下恒温振荡吸附12-24h。

本发明水热法改性凹凸棒石样品添加量与亚甲基蓝溶液（500mg/L）的固液比为1g：2500mL，200r/min，30°C下恒温振荡12-24h，测定亚甲基蓝平衡吸附量。

与已有技术相比，本发明技术优势体现在：

1、本发明采用水热法对凹凸棒石进行改性，简单易行，过程节能，无二次污染排放。传统的酸处理，热处理，高温煅烧以及表面活性剂等方法对凹凸棒石进行改性，存在着原料（酸）价格昂贵，煅烧温度高（≥500℃）或改性方法繁琐等缺点。与这些方法相比，水热法原料仅涉及清洁、无污染和廉价易得的凹凸棒石和水，反应条件温和（≤150℃），操作简单，反应过程中无任何污染，绿色环保。

2、本发明通过水热法改性凹凸棒石，优化条件下，水热处理后凹凸棒石的比表面积显著增大，对于典型难降解的废水染料（亚甲基蓝）的吸附性能明显提高。

四、附图说明

图1为凹凸棒石原样及实施例1中改性凹凸棒石的IR图谱。从图1中可以看出，水热处理后，在1656cm^-1处峰的强度减弱了。这是因为水热反应时，凹凸棒石脱除不同形态的水分子，从而峰的强度减弱了。