CN100486687C - 一种塑料骨架型膨润土复合吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种塑料骨架型膨润土复合吸附剂及其制备方法。该复合吸附剂以天然膨润土或改性膨润土为主要原料，以热塑性高分子聚合物为连接骨架材料，并添加辅助选择性吸附原料、发泡造孔原料等组分，通过均匀混料、塑化熔融挤出、干燥、切粒等工序制得。该制备方法属于干法制备工艺，制备过程简单，不产生二次污染，且制备产物可根据所选用组分及其用量的变化来调节其颗粒强度、孔隙尺寸、孔隙率、密度以及吸附选择性。该塑料骨架型膨润土复合吸附剂在水中不易粉化，可广泛应用于含重金属离子及有机污染物的废水处理。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种适用于水和废水处理的吸附剂，特别是一种塑料骨架型膨润土复合吸附剂。
二、背景技术
膨润土是以蒙脱石为主要成份的黏土岩，其矿物成份和结构使其表现出许多优异的特殊性能，有“万能黏土”之称。它应用领域广泛，近年来，随着环境保护的不断加强，为降低环境治理成本，全世界高度重视膨润土作为水和废水处理吸附材料的开发与应用。膨润土作为水和废水处理吸附材料的基础是其优异的吸附和阳离子交换性能，并且来源广泛，价格便宜，可望取代价格昂贵的活性炭吸附材料。但是，许多研究已表明，膨润土作为水和废水处理的吸附材料，或在水环境使用的材料，由于其天然的膨胀性、分散性、悬浮性，使得膨润土遇水易分散浆化，后续的固液分离困难，并且难以回收再用，因此，制约了膨润土作为水和废水处理吸附材料的工业化应用，许多膨润土吸附产品只能停留在实验室研究阶段。
膨润土作为水和废水处理吸附材料使用时，主要包括天然膨润土、改性膨润土和复合膨润土三大类。天然膨润土一般可用于处理污染程度较低的废水。改性膨润土和复合膨润土是为了提高膨润土的吸附处理效率或针对不同污染物处理需要对天然膨润土进行加工处理后的膨润土产品。改性膨润土一般可通过酸化法、氧化法、还原法、焙烧法以及氢化法等活化方法制得，或通过引入无机或有机化合物制得。复合膨润土是通过加入新的物质，同时发挥各个物质成份作用的膨润土产品。许多情况下，人们并没有将改性膨润土和复合膨润土绝然分开，而是两者通用。我国有关改性或复合膨润土专利较多，如专利“一种钠基膨润土矿物复合水处理剂及其制备和应用”(专利号200410067506.0)，“一种天然膨润土污水处理材料的制备方法”(专利号00123368.8)，“一种阳-非离子有机膨润土废水处理材料的制备方法”(专利号200310122774.3)，“一种无机-有机复合膨润土废水处理材料的制备方法”(专利号200410018109.4)，“膨润土复合净水剂(一型)的制备方法”(专利号89109200.5)，“膨润土吸附剂的生产工艺”(专利号96122367.7)，“一种改性膨润土除铬剂及其制造方法”(专利号200510021343.7)，“用于水处理的膨润土基复合材料及其制备方法”(专利号200510036985.4)，“水处理用铁镍改性膨润土及其制备方法”(专利号200610046853.4)，“用于净水的膨润土及其制备方法”(专利号200610014052.X)，等等。这些专利技术主要是通过改性或复合方式提高膨润土在水处理中的效率和选择性。
但是，这些专利技术存在着使用大量化学药剂，在溶液环境下制备容易产生二次污染，制备过程比较复杂(包括干燥、混合、反应、陈化、过滤等)，制备时间长，一般需几个小时，甚至几十个小时。造成制备效率低、成本高，难以推广应用等问题。
三、发明内容
本发明的目的主要是针对上述膨润土吸附剂存在的问题，提供一种遇水不分散浆化，易于固液分离，制备简单，且具有高强度、高孔隙率、高吸附活性、易于回收再生的塑料骨架型膨润土复合吸附剂。
本发明通过以下技术方案实现，所述技术方案包括以下步骤：
(1)配料：将干燥后的天然膨润土或改性膨润土45～80wt％，热塑性高分子聚合物20～40wt％，辅助选择性吸附原料0～30wt％，发泡造孔原料0～10wt％的比例进行配料。
(2)混料：按所述比例先将干燥后的天然膨润土或改性膨润土和辅助选择性吸附原料在高速混合机内混合15～30分钟，然后再加入热塑性高分子聚合物混合15～20分钟，最后加入发泡造孔原料继续混合5～10分钟，即可出料。
(3)塑化挤出：将所述混料加入到双螺杆塑料挤出机进行塑化挤出，控制挤出机各区段的工作温度为：输送段160～190℃，塑化段180～200℃，熔融段200～220℃，挤出段200～230℃，主机螺杆转速设定为40～200转/分，得到直径为2～5mm的细条状产物，将该产物放入水槽冷却。
(4)干燥：将冷却后的细条状产物自然干燥或用热风干燥，干燥温度控制在热塑性高分子聚合物软化温度以下。
(5)切粒：将干燥后的细条状产物采用自动切粒机切粒，得到粒状产物。
其中，所述的膨润土为天然膨润土或改性膨润土。
所述的热塑性高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或几种组合。
所述的辅助选择性吸附原料为粉煤灰、木炭、活性碳、钢渣、高炉渣、硅藻土、麦饭石、沸石、煤矸石中的一种或几种组合。
所述的发泡造孔原料为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或几种组合。
所述干燥是将天然膨润土或改性膨润土于100～150℃下干燥，使其含水量小于2％；辅助选择性吸附原料经干燥处理后(使其含水量小于2％)再过100目筛筛分处理；发泡造孔原料为粉状固体颗粒；热塑性高分子聚合物可为粒状或粉状。
按照上述方法制备塑料骨架型膨润土复合吸附剂属于干法制备工艺，制备过程简单，不产生二次污染，且制备产物可根据所选用组分及其用量的变化来调节其颗粒强度、孔隙尺寸、孔隙率、密度以及吸附选择性，从而改善膨润土吸附剂产物的适应性和实用性。
四、具体实施方式
实施例1
取天然膨润土45wt％，辅助选择性吸附原料粉煤灰与钢渣各10wt％，加入高速混合机中，搅拌30分钟，接着加入热塑性高分子聚合物聚乙烯30wt％，继续搅拌15分钟，最后加入发泡造孔原料偶氮二甲酰胺5wt％，再搅拌15分钟。然后将混合好的试样加入双螺杆塑料挤出机的喂料漏斗中，待双螺杆塑料挤出机各区段达到所设定的加热温度(输送段160℃，塑化段180℃，熔融段200℃，压缩挤出段220℃)，启动主机进行挤出，得到细条状产物，其直接进入水槽冷却后进行干燥，再送自动切粒机切粒，最后得到3mm粒状吸附剂。
该塑料骨架型膨润土复合吸附剂在水中不粉化，用于处理含铜、铬、铅等重金属离子废水，经一次处理后废水中重金属离子的去除率达到90％以上。以吸附铜离子为例，该复合吸附剂对铜离子的吸附容量可达26mg/g，吸附饱和后经再生后可继续使用。
实施例2
取天然膨润土80wt％，加入高速混合机中，搅拌30分钟，接着加入热塑性高分子聚合物聚丙烯20wt％，继续搅拌15分钟。然后将混合好的试样加入双螺杆塑料挤出机的喂料漏斗中，待双螺杆塑料挤出机各区段达到所设定的加热温度(输送段180℃，塑化段190℃，熔融段220℃，压缩挤出段220℃)，启动主机进行挤出，得到细条状产物，其直接进入水槽冷却后进行干燥，再送自动切粒机切粒，最后得到3mm粒状吸附剂。
该塑料骨架型膨润土复合吸附剂在水中不粉化，用于处理含铜、铬、铅等重金属离子废水，经一次处理后废水中重金属离子的去除率达到90％以上。以吸附铜离子为例，该复合吸附剂对铜离子的吸附容量可达20mg/g，吸附饱和后经再生后可继续使用。
实施例3
取天然膨润土60wt％，辅助选择性吸附原料活性碳与高炉渣各5wt％，加入高速混合机中，搅拌30分钟，接着加入热塑性高分子聚合物聚氯乙烯25wt％，继续搅拌15分钟，最后加入发泡造孔原料碳酸氢钠5wt％，再搅拌15分钟。然后将混合好的试样加入双螺杆塑料挤出机的喂料漏斗中，待双螺杆塑料挤出机各区段达到所设定的加热温度(输送段190℃，塑化段200℃，熔融段220℃，压缩挤出段230℃)，启动主机进行挤出，得到细条状产物，其直接进入水槽冷却后进行干燥，再送自动切粒机切粒，最后得到3mm粒状吸附剂。
该塑料骨架型膨润土复合吸附剂在水中不粉化，用于处理含铜、铬、铅等重金属离子废水，经一次处理后废水中重金属离子的去除率达到90％以上。以吸附铜离子为例，该复合吸附剂对铜离子的吸附容量可达28mg/g，吸附饱和后经再生后可继续使用。
Claims (5)
1、一种塑料骨架型膨润土复合吸附剂，其特征在于，其原料组分及含量为：
干燥后的天然膨润土或改性膨润土 45～80wt％，
热塑性高分子聚合物 20～40wt％，
干燥后的辅助选择性吸附原料质量百分含量为大于零小于等于30wt％，
发泡造孔原料 质量百分含量为大于零小于等于10wt％，
所述各原料组分的质量百分含量配比加起来为100％，
所述的热塑性高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种或几种组合，
所述的辅助选择性吸附原料为粉煤灰、木炭、活性碳、钢渣、高炉渣、硅藻土、麦饭石、沸石、煤矸石中的一种或几种组合，
所述的发泡造孔原料为偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或几种组合，
所述吸附剂按上述原料组分及含量制备方法如下：
A、混料：将干燥后的天然膨润土或改性膨润土45～80wt％和干燥后的辅助选择性吸附原料，在高速混合机内混合15～30分钟，再加入20～40wt％热塑性高分子聚合物混合15～20分钟，最后加发泡造孔原料，继续混合5～10分钟，即可出料，其中所述的干燥后的辅助选择性吸附原料的质量百分含量为大于零小于等于30wt％，所述的发泡造孔原料的质量百分含量为大于零小于等于10wt％，
B、塑化挤出：将所述混料加入到双螺杆塑料挤出机进行塑化挤出，控制挤出机各区段的工作温度为：输送段160～190℃，塑化段180～200℃，熔融段200～220℃，挤出段200～230℃，主机螺杆转速设定为40～200转/分，得到直径为2～5mm的细条状产物，将该产物放入水槽冷却，
C、干燥：将冷却后的细条状产物自然干燥或用热风干燥，干燥温度控制在热塑性高分子聚合物软化温度以下，
D、切粒：将干燥后的细条状产物采用自动切粒机切粒，得到所述吸附剂。
2、根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述的干燥后的天然膨润土或改性膨润土，是将天然膨润土或改性膨润土于100～150℃下干燥，使其含水量小于2％。
3、根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述的干燥后的辅助选择性吸附原料，是经干燥处理后，使其含水量小于2％，再过100目筛筛分处理。
4、根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述发泡造孔原料为粉状固体颗粒。
5、根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述的热塑性高分子聚合物为粒状或粉状。
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