[发明专利]一种用于吸附分离共沸物的凹凸棒土复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，特别涉及一种改性剂/氧化物/凹凸棒土吸附材料的制备方法及相关用途。

背景技术

在化工、石油化工、医药工业、生物化工等以生产各种物料和材料的化工类工业生产以及环境保护工程中，混合物的分离占有重要的地位。精馏是最常见的混合物的分离方式，但对于具有恒沸点的共沸物体系，由于其相对挥发度等于1，应用普通的精馏方法难以对其进行有效的分离。目前，分离共沸物的方法主要有特殊精馏(共沸精馏、萃取精馏、加盐精馏、反应精馏等)、膜分离、吸附法等。吸附法由于不需要过于复杂的设备，具有能耗小、成本低，分离效率高、操作简便、安全绿色等特点，在工业中广泛使用。

而现有技术中，常用于吸附分离共沸物的吸附剂存在选择性低、重复利用率低、价格较高等缺点。因此，找到一种有效的吸附剂吸附分离共沸物，对于降低生产能耗、提高资源利用率和产品附加值具有现实的意义。

凹凸棒土(ATP)简称“凹凸棒石粘土”或“凹土”，是一种多孔硅酸盐类粘土矿物。由于其具有独特的纤维状、棒状晶体形态、沉积方式和内部孔道等多种因素的影响而呈现出较大的比表面积，在吸附重金属离子、印染废水等方面应用广泛。但是，天然的凹凸棒土中含一些矿物杂质，如蒙脱石、伊利石和碳酸盐等，这些杂质堵塞孔道，降低了凹凸棒土的表面积，削弱了整体的物化性能，从而使凹凸棒土的作用受到很大的影响。此外，凹凸棒土的孔道结构单一，制约了其吸附的选择性，使其在工业应用中的优势发挥受到限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种操作方便、生产成本低、能耗少，用于分离共沸物的改性剂/氧化物/凹凸棒土复合材料的制备方法：

本发明所采用的技术方案是：首先在凹凸棒土表面负载金属氧化物粒子，制得氧化物/凹凸棒土材料，再通过有机物表面活性剂的改性，制得改性剂/氧化物/凹凸棒土复合材料，具体步骤为：

(1)将提纯后的凹凸棒土与水共混、搅拌，再与金属盐溶液混合，用铵盐调节所得混合体系的pH值至6～9，于15～25℃下搅拌反应2～4h，抽滤，滤饼用去离子水洗涤后，于60～100℃烘干，研磨成粉末，再于300～400℃煅烧4～6h，制得氧化物/凹凸棒土材料，

其中，金属盐为硫酸锌、硫酸铁、氯化铝、醋酸锰中的一种，凹凸棒土与所加入的金属盐的质量比为1:1～2:1，

凹凸棒土中硅氧四面体中的Si⁴⁺被金属离子如Al³⁺所替代，替代后产生了过剩的负电荷，这种低电价大半径的离子和结构单元之间作用力较弱，同时由于在层间溶剂的作用下易分散、剥离，使得凹凸棒土具有较大的比表面积，这种带电性和巨大的比表面积使其具有很强的吸附性；

其次，金属离子水解后的氢氧化物部分会负载在凹凸棒土的表面，但是也有氢氧化物进入到凹凸棒土的内部孔道中，这是由于凹凸棒土分散相在加入金属盐溶液后，溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等金属离子可以部分替代凹凸棒土晶体中的Si⁴⁺、Mg²⁺，进入到凹凸棒土内部孔道中；内部孔道中经调节pH值所形成的金属氢氧化物再经过煅烧转化为金属氧化物，能够疏松孔道形成具有较大内表面积的复合材料，因而其吸附性能也会得到改善；

(2)向步骤(1)制备的氧化物/凹凸棒土材料中加水超声分散，再向分散液中加入有机物水溶液，于15～25℃下搅拌反应3～5h，抽滤，滤饼用去离子水洗涤，并于60～80℃烘干，制备改性剂/氧化物/凹凸棒土复合材料，

其中，加入的有机物为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、乙醇胺、三乙醇胺和β-环糊精中的一种，所加入的有机物与氧化物/凹凸棒土的质量比为1:20～1:5，

氧化物/凹凸棒土预先在水溶液中分散均匀，再加入有机物水溶液反应，有利于改性剂附着在氧化物/凹凸棒土的表面，

加入有机改性剂，如十六烷基三甲基溴化铵，长碳链的有机阳离子会取代凹凸棒土中无机阳离子，使得层间距变大；另外，有机物可以取代晶格内外部分结晶水、吸附水，从而起到改善疏水性的效果，增强了凹凸棒土对于有机物的吸附能力。

上述制备方法获得的凹凸棒土复合材料的用途：将该凹凸棒土复合材料用于分离共沸物：

静态或动态吸附实验：

静态吸附实验方法(1)：在真空处理、密封良好的玻璃容器内，进行共沸物单组份蒸汽对改性剂/氧化物/凹凸棒土复合材料的饱和吸附实验；