[发明专利]一种磁性粘土吸附材料的制备及回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境污染物控制领域，具体是一种磁性粘土吸附材料的制备及回收方法。

背景技术

天然膨润土由于其价格便宜，且具有较高的化学稳定和机械稳定性、吸附溶胀、插层和离子交换等特性，是一种良好的有机污染物吸附剂。但是天然膨润土比表面积较小，吸附能力较弱，将其直接应用于工业废水处理，效率不高。通过有机分子改性不仅可以增加膨润土的比表面积，且通过调控其片层表面的亲水－疏水性能可以制备出高吸附性能的复合粘土吸附材料。然而，天然膨润土及有机改性膨润土直接作为吸附剂处理工业废水中的有机污染物，通常需要离心或者自沉降的方法将其从水中分离，不利于作为吸附剂在高流速和高通量的工业废水处理中实现工业化应用。因此，如何实现吸附剂的高效分离和循环使用，同时避免有机分子对水资源造成二次污染仍是废水处理中的关键问题。

近年来，由于磁性纳米材料具有较大比表面积、超顺磁性、便于分离回收等特性，其在工业废水处理中的应用逐渐被重视。然而，磁性纳米材料容易团聚和氧化，大大减弱了其在应用过程中的磁性能，且受废水酸碱度制约，也影响废水处理效果。磁性粘土，一种集合了粘土和磁性纳米材料优点的可用于工业废水处理的新型吸附剂，目前还没得到足够重视，特别是在其制备方法上的创新以及在其重复回收利用方面还有待进一步研究。

在已报道的为数不多的且初步试验了相应污染物吸附能力的磁性粘土吸附剂中，以共沉淀法，在水化溶胀的膨润土存在下，于膨润土层间原位合成四氧化三铁纳米粒子并进一步制备的磁性粘土复合物被证明是一种高效、不受废水酸碱度影响的工业废水有机污染物（以工业染料亚甲基蓝为例）吸附剂（JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,MagnetizedbentonitebyFe3O4nanoparticlestreatedasadsorbentformethyleneblueremovalfromaqueoussolution:Synthesis,characterization,mechanism,kineticsandregeneration,DOI:10.1016/j.jtice.2014.11.007,接收但尚未分配期刊号与页码）。但是该磁性粘土在实际应用中依然存在问题，其固定在膨润土层间的四氧化三铁纳米粒子是通过较弱的范德华力与膨润土结合，随着重复使用次数的增加，四氧化三铁纳米粒子容易流失，不仅导致磁性粘土的磁性减弱，延长磁分离时间，还有可能导致流失的四氧化三铁对水资源造成二次污染。

因此，需要寻找一种新型的制备方法，不仅保证四氧化三铁磁化的粘土对工业废水中的有机污染物具有高的吸附能力，还需要保证磁性纳米粒子牢固地与膨润土结合而避免流失。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种磁性粘土吸附材料的制备及回收方法，制备方法简单，制备出的磁性粘土吸附材料使用方便，吸附效率高且可重复回收利用。

本发明提供的磁性粘土吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

1）对膨润土进行预处理：将膨润土在30%－40%的乙醇溶液中机械搅拌10分钟，静置、沉淀后弃去上清液，如此洗涤三次后，于70摄氏度鼓风干燥箱中烘干备用。

2）硅烷偶联剂表面修饰的四氧化三铁纳米粒子的制备：将每2.35克的七水合硫酸亚铁与4.1克的六水合氯化铁溶解在100毫升的去离子水中（七水合硫酸亚铁和六水合氯化铁的质量浓度比为1:1.745），并在80摄氏度惰性气体保护下搅拌30至60分钟；之后，在搅拌情况下迅速加入原先混合溶液体积四分之一、质量分数为20%-25%的氨水，待发现溶液变黑后继续搅拌2至3小时，用热的去离子水将得到的四氧化三铁纳米粒子磁分离洗涤3次以上，重新分散在20%－25%乙醇溶液中，加入足够量的硅烷偶联剂直至其质量分数不低于10%但少于15%，并运用冰醋酸将混合溶液的pH调节到4.0附近，在氮气保护下室温中机械搅拌7小时以上；最后，将制备得到的硅烷偶联剂表面修饰的磁性纳米粒子磁分离洗涤三次后重新分散在乙醇中备用；

3）磁性粘土的制备：配制质量溶度为10g/L的膨润土水溶液,搅拌情况下水化6至10小时，使其充分溶胀；在80摄氏度搅拌且惰性气体保护的情况下加入上述制备得到的硅烷偶联剂表面修饰的磁性纳米粒子，并持续机械搅拌2至3小时；最后，制备得到磁性粘土吸附材料，磁分离洗涤三次以上并于70摄氏度下真空干燥。