CN103464123B - Ctmab/cpam/膨润土复合插层材料制备方法 - Google Patents

Abstract

CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料及其制备方法，涉及一种膨润土复合材料及其制备方法，？首先配制复合改性液,然后制备CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料。将2mmolCTMAB与0.03gCPAM溶于100ml蒸馏水中，在40℃水浴条件下搅拌20min，使之完全溶解即为复合改性液，一定量的钠基膨润土加入复合改性液中，搅拌90min，抽滤，水洗，烘干，研磨，过0.074mm筛,得到CTMAB/CPAM膨润土复合插层材料。作为一种复合材料，具有性能好、操作简便，适用范围广等特点。作为水处理剂，在各类废水处理尤其是制药废水处理中的应用潜力巨大。

Description

CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料制备方法

技术领域

本发明涉及一种膨润土复合材料制备方法，特别是涉及一种CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料制备方法。

背景技术

膨润土是一种在自然界分布较为广泛的粘土类矿物，属非金属矿产。中国的膨润土矿资源非常丰富，储量居世界首位，占世界总量的60%，预测资源量在70亿t以上，并以分布广、埋藏浅、易采掘及品种齐全为特点。膨润土及其提纯改型产品都不同程度地具有一些优越的特性，这些特性主要有膨胀性、亲水性(或亲油性，如有机膨润土)、吸附性、阳离子交换性、无毒性等。随着科学技术的发展，人们对膨润土结晶特性和物理化学性质的了解逐渐加深，膨润土应用日益广泛。它作为粘结剂、絮凝剂、稳定剂、净化脱色剂、充填剂、催化剂以及催化剂载体在冶金、钻探、石油化工、轻工、建筑工程、环保等领域有着十分广泛的应用前景。特别是膨润土带电性和较大的比表面积使其具有离子交换能力和吸附性能，可用于多种污染物的去除。但是天然膨润土中由于表面硅氧结构具有极强的亲水性和层间大量可交换性阳离子的水解，使其表面通常存在一层薄的水膜，从而限制了在水溶液中的应用；此外，膨润土固液分离速度慢，絮凝物脱水效果差，也影响了其实际应用。为了提高膨润土的使用效果，获得具有实用性的高性能膨润土，在一定条件下，人为地在膨润土中引进一些无机离子或(和)有机化合物，使膨润土的结构和化学性质发生改变，达到对膨润土改性的目的。目前，对膨润土的改性研究主要集中于以下几方面：

（1）无机改性

单柱金属柱撑无机改性：当蒙脱石的层间电荷固定时，柱撑剂的电荷越高，其层间距越大；柱撑剂的体积越大，其层间距越大。为了获得大孔结构，一般选用具有大体积和高电荷的化合物作为柱撑剂，其中A1³⁺，Fe³⁺，Cr³⁺，Ni²⁺，Zr⁴⁺等无机金属离子通过水解得到的多核金属阳离子(即羟基金属离子)，是最理想的柱撑剂。故近年来，采用多聚羟基无机金属阳离子作为无机柱撑剂的研究开展得很广泛。

多元素金属柱撑无机改性：将多聚羟基金属阳离子引入膨润土层间除常见的离子交换法外，还有浸滞法，物理吸附法。通过上述方法可以将单一的多聚羟基金属阳离子插入膨润土层间，但由于膨润土层间电荷分布的不规则，使单柱柱撑的孔洞大小及分布不均匀，而多元素混合金属柱撑无机改性膨润土受层间域电荷分布影响较小，柱化剂在层结构中分别较规则，可显著提高改性土的性能。

（2）有机改性

用有机阳离子或者有机物取代膨润土层间或表面可交换性无机阳离子或结构水，形成以共价键、离子键、偶合键或者范德华力结合有机膨润土或者有机膨润土复合物。有机改性膨润土是一类亲油性的化合物，常被用来处理水中的有机物。常用的有机改性剂有：长链烷基伯铵、仲铵、叔铵、季铵盐、酰铵以及季磷盐等有机阳离子。以不同分子的有机离子活性剂进行改性，所得改性膨润土的粘度差别很大。

（3）复合改性

目前，国内外对复合改性膨润土的制备研究较多的是先以多聚羟基金属阳离子作为柱化剂制备的柱撑膨润土，再将某些表面活性剂引入膨润土层间从而合成出更大孔径的无机-有机柱撑膨润土。常用的表面活性剂一般是分子大小不等的可溶性季胺盐阳离子、十六烷基三甲基季胺盐阳离子、十六烷基吡啶阳离子等。而对用有机表面活性剂和高分子聚合物制备膨润土复合插层材料的研究较少，研究发现用有机表面活性剂和高分子聚合物共同改性制备膨润土复合材料可以通过特殊吸附作用(如形成氢键)而吸附有机污染物。因此，用有机表面活性剂与高分子聚合物制备膨润土复合插层材料,有望能通过多种吸附原理的共同作用而增强对有机物的吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料制备方法，该方法以CTMAB/CPAM为复合改性剂，对钠基膨润土进行改性，制备CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料，省去二次改性工序，节约能源，成为特殊材料，开拓了膨润土应用领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料制备方法，所述方法以CTMAB/CPAM为复合改性剂，对钠基膨润土进行改性；

包括：首先配制复合改性液：将2mmolCTMAB与0.03gCPAM溶于100ml蒸馏水中，在40℃水浴条件下搅拌20min，使之完全溶解即得复合改性液，然后制备CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料：取6g钠基膨润土加入到100ml复合改性液中，在200r/min速度下搅拌90min，抽滤，洗涤，烘干，研磨，过0.074mm筛,得到CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料。

所述的CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料制备方法，所述改性剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）和阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）。

本发明的优点与效果是：

本发明以CTMAB/CPAM为原料对膨润土进行改性，作为一种膨润土材料，具有性能好、操作简便的特点。通过制备复合改性液对钠基膨润土原土进行直接改性，省去二次改性工序，节约能源，操作简便。这样，改性剂可插入膨润土蒙脱石的片层之间，改变了膨润土层间距和比表面积，增大层间距，提高了吸附性能。同时避免使用无机酸、Al、Cr、Fe、Bi、Zr、Co、Ni等金属化合物，相比其他的复合改性操作简单。CTMAB/CPAM膨润土复合材料可能成为特殊材料，开拓膨润土应用领域。

附图说明

图1为本发明CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。

合成原理

天然土是一种层状硅铝酸盐，层与层之间靠静电作用结合，四面体及八面体存在广泛的同晶置换，四面体中的Si⁴⁺常被Al³⁺替代，八面体中的Al³⁺常被Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Ni²⁺、Li⁺等替代，使层间产生弱的负电荷，从而具有吸附某些阳离子的能力。复合改性剂可插入入膨润土蒙脱石的片层之间，改变了膨润土层间距和比表面积，提高了膨润土的吸附能力；通过X-射线衍射实验和IR谱图可以证实这一点。膨润土复合材料IR谱图显示，改性后及改性后水洗土IR图中均在2920cm^-1和2851cm^-1处分别有CH₂的不对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰；1470cm^-1附近的吸收峰为改性剂分子中CH₂的弯曲振动，说明CTMAB分子已有效进入蒙脱石层间，而且插入量较大。在3625~3627cm^-1范围内为典型的NH₂伸缩振动峰的峰值，说明CPAM也已进入膨润土层间。改性膨润土的X-射线谱图显示图中001峰向小角度方向偏移，膨润土的层间距增大到2.2800nm。进一步证明CTMAB/CPAM已经进入膨润土层间，吸附性能增强。使用的CTMAB/CPAM/改性剂，CTMAB能与阳离子、非离子、两性表面活性剂有良好的配伍性；CPAM是线型高分子化合物，具有多种活泼基团，可与许多物质亲和、吸附形成氢键。对膨润土的改性能力较强。通过制备复合改性液对钠基膨润土进行改性，省去了二次改性工序，使复合改性一步完成，节约能源，操作简单，适宜工业大范围推广改性效果显著，且制备工艺安全、节能。

实施例：

首先配制复合改性液：将2mmolCTMAB与0.03gCPAM溶于100ml蒸馏水中，在40℃水浴条件下搅拌20min，使之完全溶解即得复合改性液。

最后制备CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料：取6g钠基膨润土加入到100ml复合改性液中，在200r/min速度下搅拌90min，抽滤，洗涤，烘干，研磨，过0.074mm筛,得到CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料。

CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料的最适宜制备条件：

CTMAB2mmol，CPAM0.03g溶于100ml蒸馏水，40℃水浴条件下搅拌20min，使之完全溶解，加入钠基膨润土6g，搅拌时间90min，搅拌速度200r/min，粒度0.074mm。

Claims (1)

1.CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料制备方法，其特征在于，所述方法以CTMAB/CPAM为复合改性剂，对钠基膨润土进行改性；

包括：首先配制复合改性液：将2mmolCTMAB与0.03gCPAM溶于100ml蒸馏水中，在40℃水浴条件下搅拌20min，使之完全溶解即得复合改性液，然后制备CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料：取6g钠基膨润土加入到100ml复合改性液中，在200r/min速度下搅拌90min，抽滤，洗涤，烘干，研磨，过0.074mm筛,得到CTMAB/CPAM/膨润土复合插层材料。