CN106179245A - 一种蒙脱土基复合吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蒙脱土基复合吸附剂，是将季铵盐改性后的环糊精，加入到蒙脱土悬浮液中，经过搅拌、冷却、离心、干燥后得到该环糊精‑蒙脱土复合吸附剂。本发明所涉及的主体原料蒙脱土价格低廉、来源广泛，所涉及的制备方法简单，可以获得兼具重金属离子吸附和有机污染物吸附功能的蒙脱土吸附剂，其对铅离子进行吸附的最大吸附量可以达到49.2mg/g，对铜离子进行吸附的最大吸附量可以达到284.9mg/g，对印染废水中常见的有机污染物甲基橙的最大吸附量可以达到3.98mg/g，对亮蓝的最大吸附量可以达到19.73mg/g。

Description

一种蒙脱土基复合吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合吸附材料领域，具体涉及的是一种蒙脱土基复合吸附剂及其制备方法。
背景技术
环糊精是一种具有葡萄糖结构单元的环状低聚糖，是由淀粉在环糊精转移酶的作用下经生物转化而产生的一类环状低聚糖。环糊精具有特殊的疏水性空腔结构，其疏水性空腔能够与较多尺寸大小匹配的有机客体分子结合形成主客体包合物。同时环糊精表面含有大量羟基，金属离子可与表面的羟基官能团之间发生螯合作用。因此可以利用环糊精的特殊结构以吸附水中的有机污染物分子和重金属离子。
蒙脱土是一种硅酸盐类粘土，来源广泛、价格低廉，其分子结构呈层状结构，具有较高的表面负电荷、较高的阳离子交换容量以及高比表面积等特点，很容易与无机或者有机阳离子进行离子交换。蒙脱土的层间域是一个良好的化学反应场所，具有层间交换、层间吸附等特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒙脱土基复合吸附剂及其制备方法，所使用的原料蒙脱土价格低廉、来源广泛，制备方法简单，制备得到的复合吸附剂兼具对混合污染物中重金属离子(如铅离子、铜离子等)和有机污染物(如印染废水中的甲基橙、亮蓝等污染物)的吸附作用。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种蒙脱土基复合吸附剂，其原料包括环糊精、季铵盐化试剂和蒙脱土，以质量比计，所述环糊精、季铵盐化试剂和蒙脱土的用量比为1:3-10:5-30。
所述环糊精为α-环糊精和β-环糊精中的一种。
所述季铵盐化试剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵和2，3-环氧丙基二甲基十八烷基氯化铵中的一种。
所述蒙脱土为钠基蒙脱土和钙基蒙脱土中的一种。
一种蒙脱土基复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将环糊精、氢氧化钠溶解于水中得到碱性的环糊精溶液，控制溶液的pH值为9-13；
(2)在上述碱性的环糊精溶液中加入季铵盐化试剂，依次经过水浴搅拌、冷却、旋转蒸发、抽滤、洗涤、烘干得到季铵盐化环糊精固体；
(3)将蒙脱土在水中进行分散，得到蒙脱土悬浮液；
(4)将步骤(2)中得到的季铵盐化环糊精固体加入到步骤(3)所得的蒙脱土悬浮液中，水浴搅拌、离心分离得到沉淀物，干燥，即得该蒙脱土基复合吸附剂。
步骤(2)中，所述水浴搅拌的温度为40-70℃，所述水浴搅拌的时间为3-12小时，所述烘干的温度为60-80℃。
步骤(4)中，所述水浴搅拌的温度为40-60℃，所述水浴搅拌的时间为12-48小时，所述干燥的温度为60-80℃。
所述环糊精、季铵盐化试剂和蒙脱土的用量比为1:3-10:5-30。
所述季铵盐化试剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵和2，3-环氧丙基二甲基十八烷基氯化铵中的一种。
所述2，3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵的制备方法为：以异丙醇和水的混合溶剂为反应介质，十六烷基-N,N-二甲基叔胺与环氧氯丙烷按照摩尔比1:1-1:3，在50-70℃下反应6-12小时后，减压过滤除去溶剂，并用乙醚洗涤反应产物，干燥，得到2，3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵。
所述2，3-环氧丙基二甲基十八烷基氯化铵的制备方法为：以异丙醇和水的混合溶剂为反应介质，十八烷基-N,N-二甲基叔胺与环氧氯丙烷按照摩尔比1:1-1:3，在50-70℃下反应6-12小时后，减压过滤除去溶剂，并用乙醚洗涤反应产物，干燥，得到2，3-环氧丙基二甲基十八烷基氯化铵。
本发明的一种蒙脱土基复合吸附剂，季铵盐化后的环糊精在水溶液中可以电离得到带有正电荷的环糊精-季铵离子和带负电的氯离子，带正电荷的环糊精-季铵离子可通过离子交换作用插入蒙脱土的层间域，得到该蒙脱土基复合吸附剂。该复合吸附剂一方面发挥蒙脱土的离子交换作用吸附重金属离子污染物，另外一方面利用环糊精的疏水性空腔的包合作用吸附有机污染物，即该复合吸附剂兼具对混合污染物中重金属离子(如铅离子、铜离子等)和有机污染物(如印染废水中的甲基橙、亮蓝等污染物)的吸附作用。
本发明一种蒙脱土基复合吸附剂的制备方法，所使用的原料蒙脱土价格低廉、来源广泛，制备方法简单，制备得到的复合吸附剂兼具对混合污染物中重金属离子(如铅离子、铜离子等)和有机污染物(如印染废水中的甲基橙、亮蓝等污染物)的吸附作用。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例一
(1)将5g环糊精溶解于60mL去离子水中，得到环糊精溶液；
(2)在上述环糊精溶液中加入0.3g氢氧化钠得到碱性的环糊精溶液，环糊精溶液的pH值为13-13.5；
(3)在上述碱性的环糊精溶液中加入20g 2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，在70℃水浴中进行搅拌，搅拌5小时，得到季铵盐化环糊精溶液；
(4)将上述季铵盐化环糊精溶液冷却至室温，在60℃下进行旋转蒸发除去水分，抽滤后使用异丙醇洗涤产物，在60℃条件下烘干得到季铵盐化环糊精固体；
(5)将30g钠基蒙脱土在水中进行分散，得到蒙脱土悬浮液；
(6)将步骤(4)中得到的季铵盐化环糊精固体加入到步骤(5)所得的蒙脱土悬浮液中，在40℃水浴下进行搅拌，搅拌24小时，得到季铵盐化环糊精-蒙脱土悬浮液；
(7)将上述季铵盐化环糊精-蒙脱土悬浮液离心分离得到沉淀物，60℃干燥，即得该蒙脱土基复合吸附剂。
本实施例中得到的复合吸附剂对重金属离子和印染废水中的有机污染物吸附效果如表1所示，以下数据采用原子吸收光度法和紫外-可见分光光度法分别测量得到，其中吸附温度为60℃，印染废水的pH范围为5-7，吸附时间为120分钟。
表1实施例一所得复合吸附剂的吸附效果
从表1中可以看出，制备得到的复合吸附剂既对重金属离子铅离子、铜离子具有吸附作用，也对印染废水中的甲基橙、亮蓝污染物具有一定的吸附作用。
实施例二
(1)将10g环糊精溶解于200mL去离子水中，得到环糊精溶液；
(2)在上述环糊精溶液中加入0.2g氢氧化钠得到碱性的环糊精溶液，环糊精溶液的pH值为12-12.5；
(3)在上述碱性的环糊精溶液中加入80g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，在50℃水浴中进行搅拌，搅拌3小时，得到季铵盐化环糊精溶液；
(4)将上述季铵盐化环糊精溶液冷却至室温，在60℃下进行旋转蒸发除去水分，抽滤后使用异丙醇洗涤产物，在60℃条件下烘干得到季铵盐化环糊精固体；
(5)将50g钠基蒙脱土在水中进行分散，得到蒙脱土悬浮液；
(6)将步骤(4)中得到的季铵盐化环糊精固体加入到步骤(5)所得的蒙脱土悬浮液中，在50℃水浴下进行搅拌，搅拌48小时，得到季铵盐化环糊精-蒙脱土悬浮液；
(7)将上述季铵盐化环糊精-蒙脱土悬浮液离心分离得到沉淀物，80℃干燥，即得该蒙脱土基复合吸附剂。
本实施例中得到的复合吸附剂对重金属离子和印染废水中的有机污染物吸附效果如表2所示，以下数据采用原子吸收光度法和紫外-可见分光光度法分别测量得到，其中吸附温度为60℃，印染废水的pH范围为5-7，吸附时间为120分钟。
表2实施例二所得复合吸附剂的吸附效果
从表2中可以看出，制备得到的复合吸附剂既对重金属离子铅离子、铜离子具有吸附作用，也对印染废水中的甲基橙、亮蓝污染物具有一定的吸附作用。
实施例三
(1)将5g环糊精溶解于80mL去离子水中，得到环糊精溶液；
(2)在上述环糊精溶液中加入0.2g氢氧化钠得到碱性的环糊精溶液，环糊精溶液的pH值为12-13；
(3)在上述碱性的环糊精溶液中加入50g 2,3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵，在60℃水浴中进行搅拌，搅拌10小时，得到季铵盐化环糊精溶液；
(4)将上述季铵盐化环糊精溶液冷却至室温，在60℃下进行旋转蒸发除去水分，抽滤后使用异丙醇洗涤产物，在60℃条件下烘干得到季铵盐化环糊精固体；
(5)将100g钙基蒙脱土在水中进行分散，得到蒙脱土悬浮液；
(6)将步骤(4)中得到的季铵盐化环糊精固体加入到步骤(5)所得的蒙脱土悬浮液中，在60℃水浴下进行搅拌，搅拌48小时，得到季铵盐化环糊精-蒙脱土悬浮液；
(7)将上述季铵盐化环糊精-蒙脱土悬浮液离心分离得到沉淀物，60℃干燥，即得该蒙脱土基复合吸附剂。
其中，步骤(3)中的2,3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵的制备方法为：以异丙醇和水的混合溶剂为反应介质，将十六烷基-N,N-二甲基叔胺与环氧氯丙烷按照摩尔比1:1、1:2或者1:3，在50℃下反应12小时后，减压过滤除去溶剂，并用乙醚洗涤反应产物，干燥，得到2，3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵。
本实施例中得到的复合吸附剂对重金属离子和印染废水中的有机污染物吸附效果如表3所示，以下数据采用原子吸收光度法和紫外-可见分光光度法分别测量得到，其中吸附温度为60℃，印染废水的pH范围为5-7，吸附时间为120分钟。
从表3中可以看出，制备得到的复合吸附剂既对重金属离子铅离子、铜离子具有吸附作用，也对印染废水中的甲基橙、亮蓝污染物具有一定的吸附作用。
表3实施例三所得复合吸附剂的吸附效果
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种蒙脱土基复合吸附剂，其特征在于：所述蒙脱土基复合吸附剂的原料包括环糊精、季铵盐化试剂和蒙脱土，以质量比计，所述环糊精、季铵盐化试剂和蒙脱土的用量比为1:3-10:5-30。
2.根据权利要求1所述的一种蒙脱土基复合吸附剂，其特征在于：所述环糊精为α-环糊精和β-环糊精中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种蒙脱土基复合吸附剂，其特征在于：所述季铵盐化试剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵和2，3-环氧丙基二甲基十八烷基氯化铵中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种蒙脱土基复合吸附剂，其特征在于：所述蒙脱土为钠基蒙脱土和钙基蒙脱土中的一种。
5.制备如权利要求1所述的一种蒙脱土基复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将环糊精、氢氧化钠溶解于水中得到碱性的环糊精溶液，控制溶液的pH值为9-13；
(2)在上述碱性的环糊精溶液中加入季铵盐化试剂，依次经过水浴搅拌、冷却、旋转蒸发、抽滤、洗涤、烘干得到季铵盐化环糊精固体；
(3)将蒙脱土在水中进行分散，得到蒙脱土悬浮液；
(4)将步骤(2)中得到的季铵盐化环糊精固体加入到步骤(3)所得的蒙脱土悬浮液中，水浴搅拌、离心分离得到沉淀物，干燥，即得所述蒙脱土基复合吸附剂。
6.根据权利要求5所述的一种蒙脱土基复合吸附剂的制备方法，其特征在于：以质量比计，所述环糊精、季铵盐化试剂和蒙脱土的用量比为1:3-10:5-30。
7.根据权利要求5所述的一种蒙脱土基复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述季铵盐化试剂为2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基二甲基十六烷基氯化铵和2，3-环氧丙基二甲基十八烷基氯化铵中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种蒙脱土基复合吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述水浴搅拌的温度为40-70℃，所述水浴搅拌的时间为3-12小时，所述烘干的温度为60-80℃。
9.根据权利要求5所述的一种蒙脱土基复合吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述水浴搅拌的温度为40-60℃，所述水浴搅拌的时间为12-48小时，所述干燥的温度为60-80℃。
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