CN106552615A - 凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，利用价廉易得的天然矿物材料——凹土作为载体，与具有优越的储氧、释氧的能力的镧系金属元素相结合；其制备方法是把凹凸棒石粘土制备成悬浮液，在搅拌下加入一定摩尔配比的Ce(NO₃₎₃·6H₂O和Sm(NO₃)₃·6H₂O，再加入沉淀剂HMT，采用均相沉淀法，再经过搅拌、水浴反应、冷却抽滤、干燥煅烧制得。本发明由于Sm³⁺、Ce⁴⁺的掺入，增加了ATP的比表面积，提高了样品的催化活性，增强了凹凸棒石粘土的吸附性能，该新型复合催化材料，可以有效净化污水，对有机染料废水等工业废水具有良好的降解效果。

Description

凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效催化吸附净化废水的改性凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，具体涉及凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，该材料可广泛应用在印染、化工、染料废水以及城市生活用水处理等领域。

背景技术

工业废水中含有大量重金属离子、有机染料，处理这种废水时一般采用化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、活性炭吸附法、铁氧体法和生物吸附法等，如采用硫酸亚铁和硫化钠相结合的化学沉淀法对处理含铜废水有良好的效果；采用铁氧体法处理废水中的铜、铬离子，研究表明其对铜、铬废水有良好的效果。但这些方法在低浓度条件下处理重金属废水时，具有去除效果较差、易产生二次污染的缺点，加之操作费用和原材料成本过高，其应用受到了限制；吸附法所用的吸附剂主要包括膨润土、沸石、海泡石、凹凸棒石等，对Cu²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、等具有较强的吸附去除作用，但以上吸附剂的吸附容量有限，处理后形成的污泥含水量高、重金属含量较低，应用范围较窄，因此开发具有大吸附和离子交换能力的材料是该技术的关键。

凹凸棒石粘土（简称凹土），又称为坡缕石，是一种连层状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有丰富的孔道，热稳定性好，比表面积较大，高于其他的黏土矿物，具备良好的吸附性能，价廉易得，是一种性能优异的天然矿物材料，是理想的催化剂材料。可以负载贵金属、金属氧化物、金属盐、杂多酸等活性组分制备负载型催化剂。

凹凸棒石粘土可广泛用于脱色及水处理，加工后的凹凸棒石粘土制品是较为理想的吸附剂、食品加工助剂和食品添加剂，可取代活性炭。它不仅能脱色，还可除臭除味，除重金属离子和致癌物质，还具有一定的选择性。凹凸棒石粘土可用接触或过滤技术处理水，可以消除这些有害物质。通过加热或化学试剂处理的方法可使吸附污染物的凹土再生，无论是在吸附过程中，还是在污水处理中，凹凸棒石粘土都可以再生，它耗能少，对环境保护非常有利。因此，凹土在污水处理中的应用对保护生态环境、保证人类的健康，是非常必要的，且用量大范围广，符合社会发展人民生活水平提高的需要。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提供凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，利用价廉易得的天然矿物材料作为载体，与特殊金属结合形成复合材料，提供一种高效催化吸附净化废水的改性凹凸棒石粘土新型净水材料。

技术方案：本发明所述的凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，该凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法包括以下具体步骤：取ATP（凹凸棒石）溶于去离子水中，超声数分钟使其分散后，在搅拌下加入一定摩尔配比的Ce(NO₃₎₃·6H₂O和Sm(NO₃)₃·6H₂O，再加入沉淀剂HMT（六次甲基四胺），在室温下用高速搅拌机以500r/min的速度搅拌30分钟，80℃水浴反应6小时，将反应液冷却至室温后进行抽滤，再将所得样品于干燥箱80℃进行干燥，放入马弗炉内焙烧，再400℃煅烧3小时，即可得到Ce_1-xSm_xO_{2- δ}/ATP复合催化材料。

所述ATP（凹凸棒石）与去离子水以质量比1:100混合，所述Ce(NO₃₎₃·6H₂O与Sm(NO₃)₃·6H₂O的摩尔配比为7：3。

所述ATP（凹凸棒石）为江苏玖川粘土科技发展有限公司分级提纯商品，型号JC-J503，纯度>99.9%，分散粒度(<6.5um)>98%，分子式为Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O；所述Ce(NO₃)·6H₂O为分析纯，含量大于99.0%；所述Sm(NO₃)·6H₂O为分析纯，含量（以Sm₂O₃计）大于44%；所述HMT为分析纯，含量大于99.0%，分子式为C₆H₁₂N₄。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点：

（1）本发明利用价廉易得的天然矿物材料——凹土作为载体，与具有优越的储氧、释氧的能力的镧系金属元素相结合，形成一种新的复合催化材料，增强了凹凸棒石粘土的吸附性能，可以有效净化污水。

（2）本发明ATP（凹凸棒石）表面均匀裹附着复合氧化物，Sm³⁺、Ce⁴⁺的掺入可以抑制晶粒长大，从而增加ATP的比表面积，提高了样品的催化活性，对有机染料废水等工业废水具有良好的降解效果，可在染料废水处理实践中进行推广和应用，从而节省人力、物力、财力，减少不必要的浪费，丰富有机废水处理领域的相关理论。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术解决方案作进一步说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。

实施例 1 ：

取1g ATP（凹凸棒石）溶于100mL去离子水中，超声处理10分钟使其分散后，在搅拌下加入摩尔配比为7：3的Ce(NO₃₎₃·6H₂O和Sm(NO₃)₃·6H₂O，再加入沉淀剂HMT（六次甲基四胺），在室温下用高速搅拌机以500r/min的速度搅拌30分钟，80℃水浴反应6小时，将反应液冷却至室温后进行抽滤，再将所得样品于干燥箱80℃进行干燥，放入马弗炉内焙烧，再400℃煅烧3小时，获得Ce_1-xSm_xO_{2- δ}/ATP复合催化材料。

以制备好的Ce_1-xSm_xO_{2- δ}/ATP复合催化材料为催化剂，H₂O₂为氧化剂，对亚甲基蓝溶液进行降解处理，通过催化氧化对比实验，得到各种复合材料对亚甲基蓝溶液的降解率顺序为Ce_1-xSm_xO_{2- δ}/ATP>CeO₂/ATP>Sm₂O₃/ATP。

实施例 2 ：

固定50mg/L的亚甲基蓝溶液100mL，H₂O₂（浓度为30%）10mL，测定催化剂Ce_1-xSm_xO_{2- δ}/ATP加入量对亚甲基蓝降解率的影响。

结果表明对于100mL浓度为50mg/L的亚甲基蓝溶液，H₂O₂（浓度为30%）10mL时，随着Ce_1-xSm_xO_{2- δ}/ATP投加量的增多，亚甲基蓝的降解率先增后减，对于100mL亚甲基蓝模拟废水，投加量0.15g时的降解率最大，最大降解率为97%。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，其特征在于：该凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法包括以下具体步骤：取ATP（凹凸棒石）溶于去离子水中，超声数分钟使其分散后，在搅拌下加入一定摩尔配比的Ce(NO₃₎₃·6H₂O和Sm(NO₃)₃·6H₂O，再加入沉淀剂HMT（六次甲基四胺），在室温下用高速搅拌机以500r/min的速度搅拌30分钟，80℃水浴反应6小时，将反应液冷却至室温后进行抽滤，再将所得样品于干燥箱80℃进行干燥，放入马弗炉内焙烧，再400℃煅烧3小时，即可得到Ce_1-xSm_xO_{2- δ}/ATP复合催化材料。

2.根据权利要求1所述的凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，其特征在于：所述ATP（凹凸棒石）与去离子水以质量比1:100混合，所述Ce(NO₃₎₃·6H₂O与Sm(NO₃)₃·6H₂O的摩尔配比为7：3。

3.根据权利要求1所述的凹凸棒石粘土复合催化材料的制备方法，其特征在于：所述ATP（凹凸棒石）为江苏玖川粘土科技发展有限公司分级提纯商品，型号JC-J503，纯度>99.9%，分散粒度(<6.5um)>98%，分子式为Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O；所述Ce(NO₃)·6H₂O为分析纯，含量大于99.0%；所述Sm(NO₃)·6H₂O为分析纯，含量（以Sm₂O₃计）大于44%；所述HMT为分析纯，含量大于99.0%，分子式为C₆H₁₂N₄。