[发明专利]一种改性堇青石多孔陶瓷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种改性堇青石多孔陶瓷材料及其制备方法与应用，改性堇青石多孔陶瓷材料，包括如下重量份的原料：硫酸铝10～20份、硅源3～10份、熔盐75～85份、堇青石10～20份、溶剂70～80份和硅烷偶联剂6～10份。本发明通过熔盐法在堇青石多孔陶瓷表面长出莫来石晶须，增加了多孔陶瓷的比表面积和机械强度，在堇青石多孔陶瓷表面引入了Al‑OH、Si‑OH，为进一步和硅烷偶联剂的烷氧基反应提供了大量的可反应活性基团，从而在堇青石多孔陶瓷表面接枝大量的‑NH₂官能团，通过和重金属铜离子的螯合反应，能有效去除水中重金属铜离子。本发明具有多孔性、高比面积、机械强度高、高吸附性、化学吸附适应性广，且制备方法简单，生产成本低、再生利用率高。

技术领域

本发明属于环境化学应用技术领域，具体涉及一种改性堇青石多孔陶瓷材料及其制备方法与应用。

背景技术

现行吸附剂的研究主要包括活性炭、石墨、粘土、壳聚糖、粉煤灰、海藻、腐植酸、农业废弃物、树脂、膨润土和微生物等，在实际应用中，传统重金属吸附材料表现出使用成本高、难以回收利用、对低浓度重金属离子去除能力不强、缺乏离子选择性等缺陷。为克服这些问题，并满足人们对特定重金属回收、再利用的要求以及环境对可降解吸附材料的需求，开发价格低廉、吸附容量高、选择性高、可再生且环境友好的吸附材料是重金属离子吸附研究的重要方向。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种改性堇青石多孔陶瓷材料及其制备方法与应用，克服现有重金属离子吸附剂成本高、对低浓度重金属离子去除能力不强等缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种改性堇青石多孔陶瓷材料，包括如下重量份的原料：硫酸铝10～20份、硅源3～10份、熔盐75～85份、堇青石10～20份、溶剂70～80份和硅烷偶联剂6～10份。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，包括如下重量份的原料：硫酸铝12份、硅源3份、熔盐85份、堇青石10份、溶剂80份和硅烷偶联剂10份。

具体的，所述硅源为硅藻土，所述熔盐为硫酸钾或硫酸钠，所述堇青石为堇青石陶瓷块体，所述溶剂为无水乙醇或甲苯，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂。

本发明还提供一种所述的改性堇青石多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一，按配方量称取硫酸铝、硅源和硫酸盐，充分研磨、过筛、复磨得混合粉料；将得到的混合粉料覆盖在配方量的堇青石陶瓷块体上加热反应；

步骤二，将步骤一得到的产物于沸水浴中煮沸至其表面残留的熔盐完全溶解，然后经冷却、洗涤、干燥得到堇青石-莫来石晶须；

步骤三，在步骤二得到的堇青石-莫来石晶须中，加入配方量的溶剂和硅烷偶联剂，进行反应；

步骤四，将步骤三得到的产物，经自然冷却后，清洗得到改性堇青石多孔陶瓷材料。

具体的，所述步骤一中加热反应的升温速率为5℃/min，以该升温速率升至800～1000℃，并且在最高温度下保温1～2h。

具体的，所述步骤三中，所述反应是将加入溶剂和硅烷偶联剂的堇青石-莫来石晶须置于聚四氟乙烯反应釜中，在60～70℃下反应12～24h。

具体的，所述步骤四中，清洗是用无水乙醇或丙酮清洗3～5次，除去表面未反应的硅烷偶联剂。

具体的，该方法具体包括以下步骤：