CN102861552A

CN102861552A - 一种有机水滑石及其制备方法

Info

Publication number: CN102861552A
Application number: CN2012103514370A
Authority: CN
Inventors: 马建锋; 杨彦; 姚超; 李定龙
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2013-01-09

Abstract

本发明涉及环境污染控制新材料的开发，提供了一种有机化改性的水滑石及其制备方法。虽然已有一些方法，对水滑石进行改性，得到有机水滑石，但是现有技术中的有机水滑石对有机污染物吸附量较小，本发明利用阴离子和非离子对水滑石进行改性，利用阴离子表面活性剂提高了非离子表面活性剂的结合量，同时利用非离子表面活性剂提高了水滑石表面的有机碳总量，大大促进了有机污染物在颗粒表面的吸附量。

Description

一种有机水滑石及其制备方法

技术领域：

本发明涉及环境污染控制新材料的开发，尤其涉及一种有机化改性的水滑石及其制备方法。

背景技术：

层状双羟基复合金属氧化物（Layered Double Hydroxides，简称LDH），又称水滑石，是一类重要的无机功能材料。其独特的层状结构及层板元素和层间阴离子的可调变性受到人们的广泛关注，经离子交换向层间引入新的客体阴离子可使层状结构和组成产生相应的变化，因而可以制备一大类具有特殊性质的功能材料。水滑石材料属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。

水滑石化学结构通式为：[M²⁺ _1-xM^3+x(OH)₂]^x+[(A^n-)_x/n·mH₂O]，其中M²⁺为Mg²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺等二价金属阳离子；M³⁺为Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Co³⁺等三价金属阳离子；A^n-为阴离子，如CO₃ ^2-，NO₃ ^-，Cl^-，OH^-，SO₄ ^2-，PO₄ ^3-，C₆H₄(COO)₂ ^2-等无机和有机离子以及络合离子，当层间无机阴离子不同，水滑石的层间距不同，同时在水滑石吸附污染物之后，层间距也会增大，以容纳更多的污染物。

因其具有层间阴离子可交换性、结构坍塌记忆效应、主层板可自组装性等特点，已广泛用于高分子复合材料、催化材料、环境治理等领域。当层间无机阴离子被有机阴离子取代后，层间由亲水性变为疏水性，对有机物的吸附由吸附作用为主变为以分配作用为主，吸附去除水中有机污染物的效率比原土高几十到几百倍。如SDS改性后的MgAl-LDH可有效地去除水体中三氯乙烯、四氯乙烯等（Zhao H,Nagy K.J.Colloid Interface Sci.,2004,274(2):613-624）。

发明内容：

本发明所要解决的问题是：现有技术中的有机水滑石对有机污染物吸附量较小，

为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种有机水滑石，该有机水滑石为同时利用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对水滑石进行改性而得到的。

作为优选：阴离子表面活性剂为中长链型的烷基碳数在8以上的烷基磺酸盐；

作为优选：非离子表面活性剂包括辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸脂和硬脂醇聚氧乙烯醚。

本发明还提供了一种上述有机水滑石的制备方法，该方法为利用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对水滑石进行改性，具体操作为：

（1）将水滑石加入到阴离子表面活性剂溶液中，加热并搅拌；

作为优选：水滑石粒度为40~200目；

作为优选：水滑石的投加量为每毫升阴离子表面活性剂溶液中加0.2~0.6g水滑石；

作为优选：阴离子表面活性剂溶液浓度为0.2~0.5mmol/L；

作为优选：加热并搅拌为，在50～80℃的水浴下加热并搅拌2~8h；

（2）向步骤（1）得到的溶液中，加入非离子表面活性剂，加热并搅拌，将得到的产物过滤、洗涤、烘干，后经活化、研磨，得到阴-非离子表面活性剂改性制备的有机水滑石。

作为优选，非离子表面活性剂投加量为每克水滑石中加入0.1~0.3mmol非离子表面活性剂；

作为优选，加热并搅拌为，在50～80℃的水浴下加热并搅拌2~4h；

作为优选，活化操作为，在105~110℃下活化30min～5h；

作为优选，将得到的有机水滑石产物，经研磨后过50~100目筛。

在有机水滑石中，有机碳总量对促进有机污染物在颗粒表面的吸附有关键作用。分配作用的大小由吸附剂的有机碳含量决定，并与改性时表面活性剂的种类、组成及配比有关。

本发明的有益效果是：分别用阴离子和非离子表面活性剂按一定的配比改性水滑石，阴离子表面活性剂首先通过阴离子交换固定在水滑石的层间，然后非离子表面活性剂通过范德华力在水滑石层间结合，利用阴离子表面活性剂提高了非离子表面活性剂的结合量，同时利用非离子表面活性剂提高了水滑石表面的有机碳总量，大大促进了有机污染物在颗粒表面的吸附量。

具体实施方式：

实施例1

将市售镁铝型水滑石过40目筛，加入到浓度为0.2mmol/L的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠溶液中，每毫升阴离子表面活性剂溶液加入0.2g水滑石，在50℃水浴中搅拌2h；再加入非离子表面活性剂Triton X-100，每克水滑石加入0.3mmol非离子表面活性剂，再在50℃水浴中搅拌2h，产物经过滤，用蒸馏水洗涤，滤干后，在60℃下烘干，再在105℃下活化30min；研磨，过50目筛，制得阴-非离子表面活性剂改性的有机水滑石。

将制得的阴-非离子表面活性剂改性水滑石加入到15mg/L硝基苯中，搅拌2h，静置3h，沉淀分离，紫外可见分光光度计测定上层清液浓度，去除率为95.2%。

将实施例1中的表面活性剂的总量，都用相同量阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠代替，在相同的条件下，省却加入非离子表面活性剂的步骤，制得的有机化水滑石（产物1），在相同条件下对含硝基苯废水处理的去除率仅为53.3%。

将实施例1中的表面活性剂的总量，都用相同量非离子表面活性剂Triton X-100代替，在相同的条件下，制得的有机化水滑石（产物2），由于非离子物质和水滑石之间无法发生离子交换或其他反应，只存在少量的表面吸附，导致其在相同条件下对含硝基苯废水处理的去除率仅为5.1%。

在相同条件下，即使是先后用改性水滑石产物1和改性水滑石产物2，对同一废水进行两次处理，最终去除率为54.2%，远低于本发明实施例1中的去除率95.2%。由此可见，同时用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对水滑石进行改性，会起到显著的效果。

实施例2：

将市售镁铝型水滑石过200目筛，加入到浓度为0.5mmol/L的阴离子表面活性剂十六烷基磺酸钠溶液中，每毫升阴离子表面活性剂溶液加入0.6g水滑石，在80℃水浴中搅拌8h；再加入非离子表面活性剂聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸脂(Tween20)，每克水滑石加入0.1mmol非离子表面活性剂，再在80℃水浴中搅拌4h，产物经过滤，用蒸馏水洗涤，滤干后，在90℃下烘干，再在110℃下活化5小时；研磨，过100目筛，制得阴-非离子表面活性剂改性的有机水滑石。

将制得的阴-非离子表面活性剂改性水滑石加入到15mg/L甲苯中，搅拌2h，静置3h，沉淀分离，紫外可见分光光度计测定上层清液浓度，去除率为98.2%。

将实施例2中的表面活性剂的总量，都用相同量阴离子表面活性剂十六烷基磺酸钠代替，在相同的条件下，省却加入非离子表面活性剂的步骤，制得的有机化水滑石（产物1），在相同条件下对含甲苯废水处理的去除率仅为84.1%。

将实施例2中的表面活性剂的总量，都用相同量非离子表面活性剂聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸脂(Tween20)代替，在相同的条件下，制得的有机化水滑石（产物2），由于非离子物质和水滑石之间无法发生离子交换或其他反应，只存在少量的表面吸附，导致其在相同条件下对含甲苯废水处理的去除率仅为4.3%。

在相同条件下，即使是先后用改性水滑石产物1和改性水滑石产物2，对同一废水进行两次处理，最终去除率为85.3%，低于本发明实施例2中的去除率98.2%。

实施例3

首先按照文献（镁铝型水滑石水热合成，应用化学，2001，18，70-72）合成制得镁铝型水滑石；将水滑石过200目筛，加入到浓度为0.4mmol/L的阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠溶液中，每毫升阴离子表面活性剂溶液加入0.3g水滑石，在60℃水浴中搅拌8h；再加入非离子表面活性剂硬脂醇聚氧乙烯醚(Brij78)，每克水滑石加入0.2mmol非离子表面活性剂，再在80℃水浴中搅拌4h，产物经过滤，用蒸馏水洗涤，滤干后，在90℃下烘干，再在110℃下活化5小时；研磨，过50目筛，制得阴-非离子表面活性剂改性的有机水滑石。

将制得的阴-非离子表面活性剂改性水滑石加入到15mg/L对硝基苯酚中，搅拌2h，静置3h，沉淀分离，紫外可见分光光度计测定上层清液浓度，去除率为91.2%。

将实施例3中的表面活性剂的总量，都用相同量阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠代替，在相同的条件下，省却加入非离子表面活性剂的步骤，制得的有机化水滑石（产物1），在相同条件下对含对硝基苯酚废水处理的去除率仅为57.2%。

将实施例3中的表面活性剂的总量，都用相同量非离子表面活性剂硬脂醇聚氧乙烯醚(Brij78)代替，在相同的条件下，制得的有机化水滑石（产物2），由于非离子物质和水滑石之间无法发生离子交换或其他反应，只存在少量的表面吸附，导致其在相同条件下对含对硝基苯酚废水处理的去除率仅为9.3%。

在相同条件下，即使是先后用改性水滑石产物1和改性水滑石产物2，对同一废水进行两次处理，最终去除率为63.2%，低于本发明实施例3中的去除率91.2%。

对比例：

将市售镁铝型水滑石过40目筛，加入到浓度为0.1mmol/L的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠溶液中，每毫升阴离子表面活性剂溶液加入0.2g水滑石，在50℃水浴中搅拌2h；再加入非离子表面活性剂Triton X-100，每克水滑石加入0.05mmol非离子表面活性剂，再在50℃水浴中搅拌2h，产物经过滤，用蒸馏水洗涤，滤干后，在60℃下烘干，再在105℃下活化30min；研磨，过50目筛，制得阴-非离子表面活性剂改性的有机水滑石。

将制得的阴-非离子表面活性剂改性水滑石加入到15mg/L硝基苯中，搅拌2h，静置3h，沉淀分离，紫外可见分光光度计测定上层清液浓度，去除率为73.6%。

与实施例1相比，本实施例中，由于表面活性剂浓度改变，导致去除率有大幅度下降，由此可见，权利要求中，对参数所限定的范围，具有明显的优越性。

Claims

1.一种有机水滑石，其特征在于：所述的有机水滑石为利用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对水滑石进行改性而得到的。

2.如权利要求1所述的有机水滑石，其特征在于：所述的阴离子表面活性剂为中长链型的烷基碳数在8以上的烷基磺酸盐。

3.如权利要求1所述的有机水滑石，其特征在于：所述的非离子表面活性剂包括辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸脂和硬脂醇聚氧乙烯醚。

4.如权利要求1至3任一项所述的有机水滑石的制备方法，其特征在于方法为利用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对水滑石进行改性，具体操作为：

5.如权利要求4所述的有机水滑石的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的水滑石粒度为40~200目。

6.如权利要求4所述的有机水滑石的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的水滑石的投加量为每毫升阴离子表面活性剂溶液中加0.2~0.6g水滑石，其中，阴离子表面活性剂溶液浓度为0.2~0.5mmol/L。

7.如权利要求4所述的有机水滑石的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的加热并搅拌为，在50～80℃的水浴下加热并搅拌2~8h。

8.如权利要求4所述的有机水滑石的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的非离子表面活性剂的投加量为每克水滑石中加入0.1~0.3g非离子表面活性剂。

9.如权利要求4所述的有机水滑石的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的加热并搅拌为，在50～80℃的水浴下加热并搅拌2~4h。

10.如权利要求4所述的有机水滑石的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的活化操作为，在105~110℃下活化30min～5h。