[发明专利]胺基改性凹凸棒土吸附剂及其制备与吸附腐殖酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附剂技术领域，具体涉及一种胺基改性凹凸棒土吸附剂，本发明还涉及该吸附剂的制备方法和吸附腐殖酸的方法。

背景技术

腐殖酸是由动植物的残骸经过微生物的分解和复杂的化学过程形成的一种深色、酸性和亲水胶体类有机物。天然水体中的腐殖酸是一种含羧基、酚羟基、醇羟基等多种官能团的高分子有机酸，约占水中总有机物的50%～90%。腐殖酸的存在对饮用水的水质安全构成了严重的威胁。腐殖酸极易在消毒过程中与氯消毒剂反应产生多种有毒副产物，这些副产物对人有“致癌、致畸、致突变”的作用。腐殖酸在水中极易电离而带负电荷，这种阴离子聚合电解质表面所含的羧基、羟基等官能团可以与水中所含的金属离子络合或与其它有机污染物相互作用，形成具有复杂结构的高分子物质，影响重金属和有机污染物在水中的迁移和转化。

去除水中腐殖酸的方法主要有吸附法、生物法、絮凝法、膜滤法及光电化学法等。但由于降解腐殖酸的生物种类存在局限性，去除率低、周期性长；絮凝剂的安全性存在质疑；天然水体中的钙、镁等离子与腐殖酸发生络合，造成膜污染严重；光电化学法运行成本高、耗电量大、处理量有限。吸附法的优势在于去除效率高，操作简便，且不会产生副反应而影响水质。

吸附是一种与表面能有关的界面现象，常分为化学吸附、物理吸附和离子交换吸附。在吸附过程中，大部分吸附往往是三种吸附方式综合吸附的结果。目前，活性炭、树脂类物质以及无机矿物等是研究应用较为广泛的吸附剂。而活性炭的难再生和难吸附亲水性小分子等成为限制其广泛应用的主要问题；而阴离子交换树脂可同时吸附水体中部分有机物，限制其广泛应用，非离子型树脂对溶液中的对亲水性小分子有机物吸附效果不佳。

天然的无机矿物是目前研究的热点，这些天然矿物大多具有较高的表面活性和较大的比表面，在水处理过程中都能表现出较好的吸附性。其中，凹凸棒土是一种结构特殊的天然的一维纳米材料。由于凹凸棒土自身所含的杂质较多，因此制约了天然凹凸棒土的使用范围，且天然凹凸棒土与腐殖酸之间存在斥力，对腐殖酸的去除率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种胺基改性凹凸棒土吸附剂，解决了天然凹凸棒土所含杂质较多且与腐殖酸之间存在斥力，对腐殖酸去除率低的问题。

本发明的另一目的是提供上述胺基改性凹凸棒土吸附剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述胺基改性凹凸棒土吸附剂吸附腐殖酸的方法。

本发明所采用的技术方案是，胺基改性凹凸棒土吸附剂，以硅烷和酸改性凹凸棒土为原料，通过反应得到，其中酸改性凹凸棒土与硅烷的质量体积比为1：1～2g/mL。

本发明的特点还在于，

硅烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷（APTES）和N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（NAPTES）。

酸改性凹凸棒土中所用的酸为1～1.5mol/L的盐酸溶液。

本发明所采用的另一个技术方案是，胺基改性凹凸棒土吸附剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，酸改性凹凸棒土

将质量比为1：10的凹凸棒土与蒸馏水混合超声分散10～30min后过滤去除烧杯底部的大颗粒物质；将超声过的凹凸棒土置于装有1～1.5mol/L的盐酸溶液的三口瓶中于60℃～90℃下反应8～12h后过滤，洗涤直至中性，烘干，得到酸改性凹凸棒土；

步骤2，胺基改性凹凸棒土的制备

将步骤1得到的酸改性凹凸棒土加入到三口瓶中再加入甲苯溶液，超声分散10～30min，然后在氮气保护下加入硅烷，酸改性凹凸棒土与硅烷的质量体积比为1：1～2g/mL，于100～120℃下反应10～12h后过滤，提纯，最后用无水乙醇提纯8～24h后在100～105℃下真空干燥，得到胺基改性凹凸棒土。

本发明的特点还在于，

步骤1中超声过的凹凸棒土与盐酸溶液的质量体积比为1：10g/mL。

步骤2中酸改性凹凸棒土与甲苯溶液的质量体积比是为1：30～60g/mL。

步骤2中硅烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷（APTES）和N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（NAPTES）。

本发明所采用的第三个技术方案是，采用上述胺基改性凹凸棒土吸附剂吸附腐殖酸的方法，在欲净化的水体中加入其质量0.0005倍的胺基改性凹凸棒土吸附剂，在25℃、pH为2.0～9.5的条件下吸附水中腐殖酸，吸附1min～24h后收集胺基改性凹凸棒土吸附剂，净化水体中的腐殖酸。

本发明的特点还在于，

欲净化的水体中腐殖酸的浓度为15.8～252mg/L。