[发明专利]一种多巴胺改性海泡石吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多巴胺改性海泡石吸附剂的制备方法。

背景技术

改革开放以来，随着我国经济的快速发展，土壤重金属污染日益严重，污染事件频发。如何治理土壤中的重金属污染成了人们研究的热点，研发重金属高吸附材料为治理土壤中重金属污染提供了技术保障。

土壤被重金属污染后，肥力退化，农作物的产量和质量均降低，水环境也会受到一定程度的影响。重金属还可以通过食物链在人和生物体内富集，对人体的健康造成威胁，影响社会经济的可持续发展。化学钝化修复法主要是通过添加化学钝化剂，使土壤中的重金属发生吸附、沉淀、氧化还原、络合和沉淀等一系列反应，改变重金属在土壤中的赋存状态，降低它们的可迁移性和生物可利用性，从而修复被重金属污染的土壤。

化学钝化法的关键在于选择合适、高效的化学钝化剂，钝化剂可以分为有机钝化剂和无机钝化剂。与有机钝化剂相比，无机钝化剂种类较多且在土壤重金属治理中应用更为广泛。根据不同的性质和来源，可以将无极钝化剂分为碱性材料、磷酸盐类、粘土矿物、工业副产品四类。碱性材料主要包括石灰、碳酸钙和硅酸钙等，磷酸盐类主要包括羟基磷灰石、磷酸盐等，粘土矿物主要包括海泡石、凹凸棒和高岭石等，工业副产品包括赤泥、粉煤灰、白云石残渣等。

海泡石是一种天然纤维状含水的镁质硅酸盐粘土矿物，属于单斜假斜方系，化学式为Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(OH₂)₄·8H₂O。海泡石结构非常独特，硅氧四面体和镁氧八面体相互交替于其结构单元中，兼有层状和链状结构。因为这种独特的结构，海泡石的比表面积高，孔隙率大，催化性、流变性和吸附性都很好，可以吸附大量的极性物质，具有广阔的应用前景。世界上已探明的海泡石储量有5000多万吨，大量存在于西班牙、土耳其、美国、法国、朝鲜、中国等地。经过多年勘测，我国已发现海泡石储量1200万吨，占世界的25％。我国海泡石主要分为热液型和粘土型两种，其中，热液型主要分布在河北、河南、陕西等地，粘土型主要分布在浏阳、湘潭、宁乡等地。

天然海泡石中含有杂质，晶体中的孔道由于受到一定程度的挤压会发生堵塞，这些使天然海泡石的应用受到了限制。经过活化改性可以显著提高海泡石的应用效果和效率。目前，较常用的改性方法包括：酸改性、表面有机改性、热改性、离子交换改性、矿物改性等。多巴胺价格低廉，性能优异，备受研发人员的青睐。自从2007年Science上刊登出关于不同基体表面修饰多巴胺的文章之后，采用多巴胺对材料表面进行改性研究引发了人们的广泛兴趣。聚多巴胺结构中的邻苯二酚基团和氮杂环原子可以有效地吸附带电荷的金属离子，因此，采用多巴胺对海泡石进行改性可以提高海泡石对重金属的吸附能力。

据报道，苏小丽等选用十六烷基三甲基溴化铵对江西乐平的海泡石进行改性，改性后的海泡石比表面积是未改性的4.5倍。Mehmet采用3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷对海泡石进行有机改性，改性后的海泡石对Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺和Cd²⁺的吸附容量分别为2.167×10^-4,1.870×10^-4,1.865×10^-4,1.193×10^-4,0.979×10^-4和0.445×10^-4mol/g。徐愿坚等人采用巯丙基三甲氧基硅烷对海泡石进行修饰，发现巯基修饰的海泡石对溶液中的铅和镉吸附效果很好，修饰后的海泡石对铅和镉的饱和吸附量分别可以达到120mg/g和35mg/g。

多巴胺，4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚，分子式C₆H₃(OH)₂-CH₂-CH₂-NH₂，常以盐酸盐形式使用，为白色或类白色有光泽的结晶，无臭，味微苦。露置空气中及遇光色渐变深。在水中易溶，在无水乙醇中微溶，在氯仿或乙醚中极微溶解。熔点243℃～249℃。