CN102688743A - 一种净化甲基蓝的复合净化剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种净化甲基蓝的复合净化剂及制备方法，复合净化剂包括凹凸棒石和纳米氧化钇；所述纳米氧化钇负载在凹凸棒石上，纳米氧化钇占凹凸棒石质量的3~15%。制备方法采用混合浸渍法，首先将钇盐溶于水，将改性后凹凸棒石粉末加入调节pH为5~8并经过80℃水浴搅拌4~12h过滤并用去离子水洗涤，于80℃烘箱过夜干燥，最后煅烧制得复合净化剂。本发明首次将凹凸棒石庞大的比表面积、高的吸附性能与氧化钇优良的水合性能（水合后能产生丰富的活性中心）结合起来，具有对甲基蓝脱色率高、见效快、工艺简单等特点。该复合净化剂在自然环境下10分钟内对阳离子染料脱色率最高可达90%。
Description
技术领域
本发明公开了一种净化甲基蓝的复合净化剂及制备方法；特别是指一种自然环境下可高效净化甲基蓝的的复合净化剂及其制备方法。属于无机净化剂材料材料技术领域。
背景技术
甲基蓝因其透光率差，生化活性低，不易被降解且其代谢中间产物具有致突变性、致癌性，从而成为难处理的工业废水。目前处理含甲基蓝废水的方法都有不同的局限性，如：用絮凝法处理染料废水会产生大量难以处理的泥渣；光降解法和光催化法需要紫外光照射；用双氧水法虽然效果较好但成本高昂；生物法成本低但易产生有毒中间产物，且净化周期长，工艺参数不易于控制；电解法能耗高，且电极制备复杂；传统吸附法操作简单但是需要较长时间才能达到吸附脱附平衡。因此，制备自然环境下可用的新型复合脱色材料就显得十分必要。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术之不足而提高一种组分配比合理、性价比高、制备工艺简单、脱色迅速、自然环境下可高效净化甲基蓝的复合净化剂及制备方法。
本发明一种甲基蓝的复合净化剂，包括凹凸棒石和纳米氧化钇；所述纳米氧化钇负载在凹凸棒石上，纳米氧化钇占凹凸棒石质量的3~15%。
本发明一种甲基蓝的复合净化剂中，所述凹凸棒石的平均直径为18~22nm，长度为100~1000nm；所述纳米氧化钇粒径为2~5nm。
本发明一种甲基蓝的复合净化剂的制备方法，包括下述步骤：
第一步：取溶于水的钇盐溶解在去离子水中，配制浓度为7~35mmol/L的含钇离子前躯体溶液；
第二步：将平均直径为18~22nm，长度为100~1000nm的凹凸棒石按液固质量比100:1~400:1分散在六偏磷酸钠液体中，室温搅拌1~2h后于70~90℃干燥，得到分散的凹凸棒石；将分散的凹凸棒石溶解在质量浓度为3-8g/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，室温搅拌1~2h后于70~90℃干燥，得到表面改性的凹凸棒石；所述十六烷基三甲基溴化铵溶液与分散的凹凸棒石按液固质量比100:1~400:1配置；
第三步：将第二步所得表面改性的凹凸棒石加入到第一步所得含钇离子前躯体溶液中并调节pH为5~8，升温至75~85℃，恒温磁力搅拌，过滤，滤渣用去离子水洗涤3次，在70~90℃下干燥；然后，加热至550~650℃煅烧，得到净化甲基蓝的复合净化剂；所述表面改性的凹凸棒石与含钇离子前躯体溶液的固液质量比为1:100~1:400。
本发明一种净化甲基蓝的复合净化剂的制备方法中，所述溶于水的钇盐为硝酸钇或氯化钇。
本发明一种净化甲基蓝的复合净化剂的制备方法中，恒温磁力搅拌时间为4-12小时。
本发明一种净化甲基蓝的复合净化剂的制备方法中，煅烧工序的加热速度为3-7℃/min，煅烧时间1-3小时。
本发明的机理及有益效果简述于下：
凹凸棒石属于粘土矿物，晶体化学式Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O，具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构，有丰富的孔道结构和大的比表面积。而本发明正是利用了廉价且具有极高吸附性能的天然矿物凹凸棒石为载体，溶于水的钇盐（Y2O3）具有优良水合性能（水合后具有丰富的活性中心，易于与甲基蓝结合）的特点，组合两者的优势，在凹凸棒石上负载氧化钇。通过对含钇离子前驱体溶液浓度及煅烧温度的控制而得到的纳米尺寸的氧化钇；实现氧化钇的高度分散和尺寸可控，合成在自然环境下具有极高净化能力的材料，在用于净化甲基蓝的过程中，促进甲基蓝与氧化钇活性中心充分接触，从而提高脱色效率。
本发明的复合净化材料在10分钟内对甲基蓝脱色率最高可达90%。
本发明的复合净化剂使用前不需活化，且经过焙烧处理后又可反复使用。
与已有技术相比，本发明提出了采用凹凸棒石负载氧化钇，构成氧化钇/凹凸棒石复合净化剂。通过对含钇离子前驱体溶液浓度及煅烧温度的控制，使得制备的氧化钇颗粒在2~5nm之间，增加了活性中心数目，提高了脱色效率。首次制备氧化钇/凹凸棒石复合净化剂，凹凸棒石丰富的孔道结构和大的比表面积利于氧化钇的高度分散，丰富了活性中心，从而提高了脱色效率。
本发明提供纳米氧化钇/凹凸棒石可用于自然环境下净化甲基蓝，极大改善了传统净化材料对环境要求苛刻、制备工艺复杂等不足，该复合净化剂10分钟内对甲基蓝脱色率最高可达90%且使用前不需要活化，样品经过焙烧后可重复利用。
（1）本发明所制备的复合催化剂采用凹凸棒石为载体，凹凸棒石丰富的孔道结构和大的比表面积利于氧化钇的高度分散，同时纳米氧化钇的颗粒在2~5nm之间，增加了活性中心的数目，提高了净化效率。
（2）本发明所制备的复合净化剂可用于自然环境下高效净化甲基蓝，10分钟内脱色率最高可达90%，且此复合净化剂使用前不需要经过活化，经焙烧处理后可反复使用。
（3）本发明所使用的原料之一凹凸棒石属于天然纳米矿物材料，原料便宜、易得。
（4）本发明所提供的复合净化剂及制备方法具有组分配比合理、性价比高、制备工艺简单、脱色迅速、自然环境下可高效净化甲基蓝的优点，适于工业化生产及应用。
具体实施方式
实施例1
将0.76mmol硝酸钇溶于100mL去离子水中；将平均直径为18~22nm，长度为100~1000nm的凹凸棒石按液固比100:1分散在六偏磷酸钠液体中，室温搅拌2h后于70℃干燥，得到分散的凹凸棒石；将分散的凹凸棒石溶解在质量浓度为3g/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，室温搅拌2h后于70℃干燥，得到表面改性的凹凸棒石；所述十六烷基三甲基溴化铵溶液与分散的凹凸棒石按液固比100:1配置；
将表面改性后的凹凸棒石2.92g缓缓加入到硝酸钇溶液中，升温至80℃并磁力搅拌，用1.0M的硝酸或氢氧化钠调节pH值为5并保温4h。取出，过滤用去离子水洗涤至洗涤液中检测不到硝酸根离子，于80℃烘箱干燥12h，然后于550℃煅烧2h即得复合催化剂粉末。
净化效果：自然环境下甲基蓝10分钟脱色率80%，较传统净化剂极大地增强了脱色效率。（关鲁雄等,中南大学学报（自然科学版）2004,35(6):970-973文献中报道了常规净化剂对甲基蓝的脱色效果为高压汞灯光照情况下1小时脱色率为60%。）
实施例2
将8.90mmol硝酸钇溶于300mL去离子水中，将平均直径为18~22nm，长度为100~1000nm的凹凸棒石按液固比200:1分散在六偏磷酸钠液体中，室温搅拌1.5h后于80℃干燥，得到分散的凹凸棒石；将分散的凹凸棒石溶解在质量浓度为5g/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，室温搅拌1.5h后于80℃干燥，得到表面改性的凹凸棒石；所述十六烷基三甲基溴化铵溶液与分散的凹凸棒石按液固比200:1配置；
将表面改性后的凹凸棒石2.92g缓缓加入到硝酸钇溶液中，升温至80℃并磁力搅拌，用1.0M的硝酸或氢氧化钠调节pH值为6并保温8h。取出，过滤用去离子水洗涤至洗涤液中检测不到硝酸根离子，于80℃烘箱干燥18h，然后于600℃煅烧2h即得复合催化剂粉末。
催化效果：自然环境下甲基蓝10分钟脱色率90%。
实施例3
将6.24mmol氯化钇溶于200mL去离子水中，将平均直径为18~22nm，长度为100~1000nm的凹凸棒石按液固比400:1分散在六偏磷酸钠液体中，室温搅拌2h后于90℃干燥，得到分散的凹凸棒石；将分散的凹凸棒石溶解在质量浓度为8g/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，室温搅拌2h后于90℃干燥，得到表面改性的凹凸棒石；所述十六烷基三甲基溴化铵溶液与分散的凹凸棒石按液固比400:1配置；
将表面改性后的凹凸棒石10.08g缓缓加入到氯化钇溶液中，升温至80℃并磁力搅拌，用1.0M的硝酸或氢氧化钠调节pH值为7并保温12h。取出，过滤用去离子水洗涤至洗涤液中检测不到硝酸根离子，于80℃烘箱干燥24h，然后于650℃煅烧2h即得复合催化剂粉末。
净化效果：自然环境下甲基蓝10分钟脱色率85%。
Claims (6)
1.一种净化甲基蓝的复合净化剂，包括凹凸棒石和纳米氧化钇；所述纳米氧化钇负载在凹凸棒石上，纳米氧化钇占凹凸棒石质量的3~15%。
2.根据权利要求1所述的一种净化甲基蓝的复合净化剂，其特征在于：所述凹凸棒石的平均直径为18~22nm，长度为100~1000nm；所述纳米氧化钇粒径为2~5nm。
3.制备如权利要求1或2所述的一种净化甲基蓝的复合净化剂的方法，包括下述步骤：
第一步：取溶于水的钇盐溶解在去离子水中，配制浓度为7~35mmol/L的含钇离子前躯体溶液；
第二步：将平均直径为18~22nm，长度为100~1000nm的凹凸棒石按液固质量比100:1~400：1分散在六偏磷酸钠液体中，室温搅拌1~2h后于70~90℃干燥，得到分散的凹凸棒石；将分散的凹凸棒石溶解在质量浓度为3-8gg/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，室温搅拌1~2h后于70~90℃干燥，得到表面改性的凹凸棒石；所述十六烷基三甲基溴化铵溶液与分散的凹凸棒石按液固质量比100:1~400:1配置；
第三步：将第二步所得表面改性的凹凸棒石加入到第一步所得含钇离子前躯体溶液中并调节pH为5~8，升温至75~85℃，恒温磁力搅拌，过滤，滤渣用去离子水洗涤3次，在70~90℃下干燥；然后，加热至550~650℃煅烧，得到净化甲基蓝的复合净化剂；所述表面改性的凹凸棒石与含钇离子前躯体溶液的固液质量比为1:100~1:400。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述溶于水的钇盐为硝酸钇或氯化钇。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：恒温磁力搅拌时间为4-12小时。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：煅烧工序的加热速度为3-7℃/min，煅烧时间1-3小时。
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| 《功能材料》 20101231 何曦等 "凹凸棒石负载型复合催化剂的研究进展" 第441-444页 1-2 , * |
| 何曦等: ""凹凸棒石负载型复合催化剂的研究进展"", 《功能材料》 * |
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