CN106311128A

CN106311128A - 一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法及应用

Info

Publication number: CN106311128A
Application number: CN201510423293.9A
Authority: CN
Inventors: 聂锦旭; 谢伟楠; 陈仕稳; 王志红; 刘立凡
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明公开了一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法及应用。这种复合膨润土主要包括蒙脱石晶体结构以及存在于蒙脱石晶体结构层之间特有的可交换阳离子。这种复合膨润土的制备方案是：称取配方量的烷基多糖苷季铵盐和六水氯化铝溶于乙醇溶液中，搅拌30min，制成溶液A；再称取配方量的钠基膨润土加入溶液A中，制成半干反应料B；再将反应料B置于微波发生器内，辐射加热反应一定时间；加热后的产品经过洗涤后置于105℃下烘干，将烘干产物研磨，过100目筛。这种复合膨润土可应用于水体中氨氮、磷以及藻类的去除。

Description

一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法及应用。

背景技术

我国膨润土资源丰富，分布广泛，大量应用于建筑、医疗、农业等领域，有“万能土”之称。近几十年大量研究发现，将膨润土进行改性后，将其应用在水体修复方面效果明显。而无机一有机复合膨润土是改性膨润土的一种类型，目前已有研究者对这类改性土的制备与应用进行研究。

当无机改性剂采用AlCl₃，有机改性剂采用十六烷基三甲基铵(CTMAB)时，所制得的改性土对PO₄ ^3-的去除率在90％左右。而采用铁聚阳离子和CTMAB制得的无机一有机复合膨润，其在30min内对磷的去除率在95％以上，而且该过程受pH与温度影响，随着pH的下降或温度的升高，磷的去除率随着上升，可知磷的吸附机理是阴离子/OH^-交换反应。而当采用Al₂(SO₄)₃，和CTMAB所制得的复合改性土对焦化废水的二级生化出水中残余氨氮的去除率可达75％。采用无机一有机复合膨润土除藻的报道虽然比较少见，但这方面功能的开发值得研究。在日韩等国，膨润土应用于除藻已有报道。韩国为了去除ochlodinium polykrikodies藻赤潮，采用播撒高岭土与膨润土，播撒量400g/m²，其对水面下2m的藻类去除率达90％。采用黏土除藻对其它生物几乎没有影响。而日本研究者小岛祯男发现，硫酸铝土与膨润土混合后，藻的去除率可提至到95％以上，优于单独投加硫酸铝土。在国内，曹西华等发现，HDTMA改性膨润土可提高藻类的絮凝沉降效果，同时有毒杀藻类的作用。

以上研究成果表明，改性膨润土对水体中的氮、磷以及藻类的去除具有良好的开发前景。但由于目前传统的膨润土改性工艺还不够简便，耗时耗能，同时有些改性膨润土经水浸泡后不易沉降等问题，所以改性膨润土目前还未在水处理领域里普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，成本较低，沉降性能良好，可用于去除氨氮、磷和藻类的微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法与应用。

本发明的技术方案是：称取配方量的烷基多糖苷季铵盐和六水氯化铝溶于乙醇溶液中，搅拌30min，制成溶液A；再称取配方量的钠基膨润土加入溶液A中，制成半干反应料B；再将反应料B置于微波发生器内，辐射加热反应一定时间；加热后的产品经过洗涤后置于105℃下烘干，将烘干产物研磨，过100目筛，得到微波合成无机-有机复合膨润土。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述的烷基多糖苷季铵盐可采用八烷基多糖苷季铵盐或十二烷基多糖苷季铵盐，投加量为2-6g/100g。在本说明书中采用八烷基多糖苷季铵盐作为有机改性剂制得的复合膨润土称为C₈-Al-H-Wbent，采用十二烷基多糖苷季铵盐作为有机改性剂制得的复合膨润土称为C₁₂-Al-H-Wbent。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述六水氯化铝的投加量按铝土比为7-12mmol/g。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于当上述微波发生器采用微波炉时，其功率为200-520w，辐射加热反应5-15min。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述溶剂用量按固液比为3-4ml/g。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述乙醇溶液体积浓度为20-50％。

本发明的微波合成无机-有机复合膨润土的应用，其特征在于用于除去水中氨氮、磷以及藻类。

上述的微波合成无机-有机复合膨润土的应用，其特征在于：先在待处理水中投加10-18g/L微波合成无机-有机复合膨润土，然后采用恒温振荡器或混凝搅拌机于200r/min条件反应30-90min，最后采用离心分离或自然沉淀实现固液分离。

虽然可采用两种烷基多糖苷季铵盐制备复合膨润土，但是同一改性方法制备出来的复合膨润土的形貌类似，所以采用C₈-Al-H-Wbent和钠基膨润土的电镜扫描图(如图1、2所示)进行分析对比。分析结果显示，本发明较钠基膨润土而言，其表面特性发生明显变化。具体表现在，本发明的粒度更加均匀且颗粒细小，同时改性土的孔道和空袭结构较好。从而可知本发明的外表面积较大，有益于其吸附性能的增强。

附图说明

图1为钠基膨润土×1000倍

图2为无机-有机复合膨润土(C₈-Al-H-Wbent)×1000倍

具体实施方案

实施例1：

本发明中的C₁₂-Al-H-Wbent的制备方法，其配方各成分的重量组份和生产操作步骤是：称取配方量的十二烷基多糖苷季铵盐和六水氯化铝溶于体积浓度为40％的乙醇溶液中，搅拌30min，制成溶液A；再称取配方量的钠基膨润土加入溶液A中，制成半干反应料B；再将反应料B置于微波发生器内，辐射加热反应一定时间；加热后的产品经过洗涤后置于105℃下烘干，将烘干产物研磨，过100目筛，得到C₁₂-Al-H-Wbent。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述上述的十二烷基多糖苷季铵盐的投加量为5g/100g

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述六水氯化铝的投加量按铝土比为10mmol/g。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于当上述微波发生器采用微波炉时，其功率为320w，辐射加热反应10min。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述溶剂用量按固液比为3.5ml/g。

实施例2：

本发明中的C₈-Al-H-Wbent的制备方法，其配方各成分的重量组份和生产操作步骤是：称取配方量的十二烷基多糖苷季铵盐和六水氯化铝溶于体积浓度为20％的乙醇溶液中，搅拌30min，制成溶液A；再称取配方量的钠基膨润土加入溶液A中，制成半干反应料B；再将反应料B置于微波发生器内，辐射加热反应一定时间；加热后的产品经过洗涤后置于105℃下烘干，将烘干产物研磨，过100目筛，得到C₈-Al-H-Wbent。

上述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述上述的八烷基多糖苷季铵盐的投加量为3g/100g

实施例3：

称取0.6g的C₈-Al-H-Wbent或C₁₂-Al-H-Wbent，加入到50ml磷质量浓度为40mg/L的废水中，于60℃下以200r/min振荡吸附60min，使用1mol/L的盐酸和氢氧化钠将pH分别调至6.5，反应后离心分离，上清液经0.45um滤膜过滤，采用所得滤液测定液相中磷的浓度。结果表明，磷的剩余浓度小于0.5mg/L。

实施例4：

称取0.8g的C₈-Al-H-Wbent或C₁₂-Al-H-Wbent，加入到50ml氨氮质量浓度为50mg/L的废水中，于50℃下以200r/min振荡吸附60min，使用1mol/L的盐酸和氢氧化钠将pH分别调至9，反应后离心分离，上清液经0.45um滤膜过滤，采用所得滤液测定液相中氨氮的浓度。结果表明，氨氮的去除率在70％以上。

实施例5：

提取处于对数生长期的水华鱼腥藻若干，加入一定量的蒸馏水进行稀释，分别测其680nm和440nm的吸光度值处于0.1以上(符合水华时藻的密度)，并将其分别注入25ml的比色管中。分别称取不同质量C₁₂-Al-H-Wbent，加入蒸馏水中，用混凝搅拌机在200r/min下搅拌30min，使其充分溶解，均匀分布，取2ml加入比色管中。经过24h后，测其吸光度值计算去除率。结果表明，当C₁₂-Al-H-Wbent投加为0.44g时，对水华鱼腥藻的去除率达74.33％，去除效果最好，但一次性投加改性膨润土时，絮体的沉降性能不是太好，所以最好将C₁₂-Al-H-Wbent平均分成几次投加，每次间隔24h，实验结果表明，分批投加的去除率随分批次数的增多而略有上升。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种微波合成无机-有机复合膨润土，这种复合膨润土主要包括蒙脱石晶体结构以及存在于蒙脱石晶体结构层之间特有的可交换阳离子。其特征在于：所述的特有的层间可交换阳离子是由钠基膨润土的层间阳离子经烷基多糖苷季铵盐和六水氯化铝所制成的配方液在微波加热条件下改造而成。制得的复合膨润土层间距均在2nm左右，其粒度比钠基膨润土更加均匀且颗粒细小，其孔道和空袭结构也较好，从而可知这种复合膨润土的外表面积较大。

2.一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于，称取配方量的烷基多糖苷季铵盐和六水氯化铝溶于乙醇溶液中，搅拌30min，制成溶液A；再称取配方量的钠基膨润土加入溶液A中，制成半干反应料B；再将反应料B置于微波发生器内，辐射加热反应一定时间；加热后的产品经过洗涤后置于105℃下烘干，将烘干产物研磨，过100目筛，得到微波合成无机-有机复合膨润土。

3.根据权利要求2所述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述的烷基多糖苷季铵盐可采用八烷基多糖苷季铵盐或十二烷基多糖苷季铵盐，投加量为2-6g/100g。

4.根据权利要求2所述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述六水氯化铝的投加量按铝土比为7-12mmol/g。

5.根据权利要求2所述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于当上述微波发生器采用微波炉时，其功率为200-520w，辐射加热反应5-15min。

6.根据权利要求2所述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述溶剂用量按固液比为3-4ml/g。

7.根据权利要求2所述的一种微波合成无机-有机复合膨润土的制备方法，其特征在于上述乙醇溶液体积浓度为20-50％。

8.一种权利要求1所述的微波合成无机-有机复合膨润土应用于除去水中氨氮、磷以及藻类。

9.根据权利要求8所述的微波合成无机-有机复合膨润土的应用，其特征在于：先在待处理水中投加10-18g/L微波合成无机-有机复合膨润土，然后采用恒温振荡器或混凝搅拌机于200r/min条件反应30-90min，最后采用离心分离或自然沉淀实现固液分离。