CN108525640A

CN108525640A - 一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺

Info

Publication number: CN108525640A
Application number: CN201710122493.XA
Authority: CN
Inventors: 沈金池; 蔡立群; 刘小宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-09-14

Abstract

本发明提供了一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺，是经过1)将凹凸棒土原矿石磨细后过100目筛，后将过筛后的凹凸棒土放入盐酸溶液中进行酸化提纯处理；2)将酸化提纯后的凹凸棒土进行冲洗、离心、烘干、研磨；3)并将研磨后凹凸棒土进行热活化处理；4)将上述处理后凹凸棒土继续进行无机改性；5)将改性后凹凸棒土冲洗、离心、烘干、研磨、过筛后得到成品，本工艺采用凹凸棒土酸化提纯、热活化、无机改性相结合的方法，能够显著提高凹凸棒土的吸附性能，有效治理土壤重金属污染问题，提高土壤利用效率。

Description

一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺

技术领域

本发明属于高附加值凹凸棒土新产品的开发利用,具体的说是一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺。

背景技术

凹凸棒土(attapulgite),又名坡缕石，是一种含水富镁硅酸盐黏土的非金属矿物，天然的凹凸棒土是一种层链状结构，为海泡石族非金属粘土矿物。凹凸棒土因为有特殊的纤维结构，不同平常的胶体和吸附性能，所以其具有广泛的应用领域,常被誉为千土之王、万用之土。1862年，俄国学者隆科钦科夫首先发现这种矿物，并给起名为坡缕土(Palygorskite),后来在美国佐治亚洲奥特堡地区也发现了这种矿土，直到1935年，第拉百连特为其命名为Attapulgite。我国发现这种矿土的时间是为1976年，江苏的六合小盘山第一次发现了凹凸棒土矿物，我国学者许冀泉先生根据音译，以及该矿物晶体结构的特征，译成“凹凸棒土”，从此这个名字一直在国内使用。

目前,国内外土壤重金属污染治理以生化法或絮凝沉淀法与活性炭吸附法组合处理为主,因活性炭价格昂贵,再生过程复杂而限制了其使用范围。因此,探求高效低耗、运行方便、投资省的土壤重金属改良新材料成为研究热点。凹凸棒土的吸附性强,可以用于土壤重金属污染治理,且效果较好。活化后的凹凸棒土对重金属离子有吸附净化作用,可以部分取代活性炭,提高净化度和重复利用率,降低吸附剂成本。且凹凸棒土用量小于硫铁矿和改性膨润土,是一种价格低廉的土壤重金属污染调理剂。凹凸棒土自身具备的离子交换能力,可用于治理含Cd²⁺、Pb²⁺等重金属离子的土壤,达到治理土壤污染的目的。由于凹凸棒石储量丰富，开发成本低，操作处理简单，吸附性能优异，使其作为土壤重金属污染调理剂已经得以广泛使用，并已取得可观的经济和社会效益。

随着我国土壤重金属污染问题的日益突出，探求高效低耗、运行方便、投资省的土壤重金属改良新材料已经成为研究热点。凹凸棒土突出的阳离子交换及吸附能力在土壤重金属污染修复方面应用前景广阔。本工艺采用凹凸棒土酸化提纯、热活化、无机改性相结合的方法，能够显著提高凹凸棒土的吸附性能，这对有效治理土壤重金属污染问题，提高土壤利用效率均有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺，是经过1)将凹凸棒土原矿石磨细后过100目筛，后将过筛后的凹凸棒土放入盐酸溶液中进行酸化提纯处理；2)将酸化提纯后的凹凸棒土进行冲洗、离心、烘干、研磨；3)将研磨后凹凸棒土进行热活化处理；4)将上述处理后凹凸棒土继续进行无机改性；5)将改性后凹凸棒土冲洗、离心、烘干、研磨、过筛后得到成品。本工艺采用凹凸棒土酸化提纯、热活化、无机改性相结合的方法，能够显著提高凹凸棒土的吸附重金属离子的性能。

一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺，具体步骤如下：

第一步：凹凸棒土的酸化提纯

将磨细过100目筛后的凹凸棒原矿土放入浓度为0.2mol/l的稀盐酸溶液中进行搅拌，酸化温度90℃，酸化时间为10分钟；

第二步：凹凸棒土的热活化

将经过酸化后的凹凸棒土用蒸馏水进行冲洗，烘干，研磨过100目筛后放入马弗炉进行煅烧，温度为600℃，反应时间为3个小时；

第三步：凹凸棒土的无机活化

将经第二步处理的凹凸棒土可选用无机试剂氢氧化钠进行无机活化；具体操作是将酸化后的凹凸棒土加入3.0mol·L^-1氢氧化钠溶液中进行无机改性处理,用搅拌机进行搅拌，处理温度100℃，处理时间为6-9个小时；

第四步：改性凹凸棒土的成品处理

将前三步处理的凹凸棒土进行冲洗，去除多余的试剂残余；冲洗时使用蒸馏水，冲洗次数3次，每次冲洗15分钟；冲洗后将凹凸棒土放入高速离心机进行离心，转速为4000r·min^-1，离心时间为10分钟；将离心后分离出来的水分倒出，并将剩余的凹凸棒土放入烘箱进行烘干，温度105℃，时间为8-12小时；最后将烘干后的凹凸棒土进行研磨，并过100目筛，最终得到成品。

具体步骤说明如下：

第一步凹凸棒土的酸化提纯：此操作可初步提高凹凸棒土原矿石纯度，改善凹凸棒土原矿石吸附性能，是因为盐酸活化过程中表现为：1)纤维束间的解聚,主要为非吸附性杂质(如碳酸盐矿物)粒间胶结物的分解；2)晶体比表面积的增加使得吸附力大大提高,晶体的比表面积增加。3)是H⁺对八面体阳离子Mg²⁺，Al³⁺，Fe³⁺由边缘至中心的依次置换作用。由于H⁺与Mg²⁺，Al³⁺，Fe³⁺的离子半径相差太大且结晶化学行为不等使其表面活性增加。

第二步凹凸棒土的热活化：在600℃条件下煅烧可以显著提高凹凸棒土的吸附性能；其机理是凹凸棒土在煅烧后，矿物内部纤维间吸附水和结构孔道内沸石水被脱除，进而增大了凹凸棒土比表面积。

本发明的有益效果：

1)经改性后凹凸棒原矿中非吸附性杂质(如碳酸盐矿物)粒间胶结物等杂质被分解，凹凸棒土纯度更高，吸附性能显著提升；

2)改性后凹凸棒原矿石内部纤维间吸附水和结构孔道内沸石水被脱除，凹凸棒土晶体比表面积显著增加。

具体实施方式：

一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺，其具体实施步骤如下：

第一步凹凸棒土的酸化提纯

将磨细过100目筛后的凹凸棒原矿土放入浓度为0.2mol/l的稀盐酸溶液中进行搅拌，酸化温度90℃，酸化时间为10分钟。该操作可初步提高凹凸棒土原矿石纯度，改善凹凸棒土原矿石吸附性能，是因为盐酸活化过程中表现为：1)纤维束间的解聚,主要为非吸附性杂质(如碳酸盐矿物)粒间胶结物的分解；2)晶体比表面积的增加使得吸附力大大提高,晶体的比表面积增加。3)是H⁺对八面体阳离子Mg²⁺，Al³⁺，Fe³⁺由边缘至中心的依次置换作用。由于H⁺与Mg²⁺，Al³⁺，Fe³⁺的离子半径相差太大且结晶化学行为不等使其表面活性增加。

第二步凹凸棒土的热活化

将经过酸化后的凹凸棒土用蒸馏水进行冲洗，烘干，研磨过100目筛后放入马弗炉进行煅烧，温度为600℃，反应时间为3个小时。在600℃条件下煅烧可以显著提高凹凸棒土的吸附性能。其机理是凹凸棒土在煅烧后，矿物内部纤维间吸附水和结构孔道内沸石水被脱除，进而增大了凹凸棒土比表面积。

第三步凹凸棒土的无机活化

将经第二步处理的凹凸棒土可选用无机试剂氢氧化钠进行无机活化。具体操作是将酸化后的凹凸棒土加入3.0mol·L^-1氢氧化钠溶液中进行无机改性处理,用搅拌机进行搅拌，处理温度100℃，处理时间为6-9个小时。

第四步凹凸棒土的成品处理

将前三步处理的凹凸棒土进行冲洗，去除凹凸棒土中多余的试剂残余。冲洗时使用蒸馏水，冲洗次数3次，每次冲洗15分钟；冲洗后将凹凸棒土放入高速离心机进行离心，转速为4000r·min^-1，离心时间为10分钟；将离心后分离出来的水分倒出，并将剩余的凹凸棒土放入烘箱进行烘干，温度105℃，时间为8-12小时；最后将烘干后的凹凸棒土进行研磨，并过100目筛，最终得到成品。

试验：

1研究目的

试验为了得出本专利改性后凹凸棒土吸附性能的变化情况，将凹凸棒原矿土和改性后凹凸棒土分别放入含Cu、Cd、Pb、Zn重金属离子的溶液中进行吸附性测试，总结出改性后凹凸棒土吸附性能的改善情况。为本专利的研发与推广提供理论基础和参考依据。

2研究方法

2.1实验原料与设备

主要原料：凹凸棒土原矿石、盐酸、氢氧化钠、(以上试剂均为化学分析纯)。

主要仪器：马弗炉、电磁搅拌机、往复式振荡机、高速离心机、烘箱、原子吸收分光光度计。

2.2吸附性能测试

为了解凹凸棒土改性工艺对重金属的吸持能力。本试验将完成改性后的凹凸棒土对重金属(Cu、Cd、Pb和Zn)的吸附实验，初始浓度分别为为200、50、200、200mg/L。具体操作方法如下：分别称取(C1、CK，其中CK为凹凸棒土原矿)凹凸棒土0.50g于400mL某一重金属的溶液中，每土样称取3份。连续振荡24h，离心过滤后测定平衡液中的重金属质量浓度。根据吸持前后重金属质量浓度的变化计算改性凹凸棒土对添加重金属的平衡吸附量。以公式1计算凹凸棒土对各金属离子的平衡吸附量及吸附率，以评定各提纯处理的改良效果。

Qe＝(C0-Ce)*V/m……(1)

式中，Qe为吸附剂的平衡吸附量(mg/g),Ce为溶液中重金属离子的平衡浓度(mg/L)，C0为重金属离子的初始浓度(mg/L)，V为溶液的体积(L)，m为吸附剂的质量(g)。

3结果与分析

3.1凹凸棒土改性前后的吸附性能的对比如下：

表1凹凸棒土改性前后的吸附性能的对比

如表1所示，凹凸棒土改性前后吸附性能变化明显，对常见的重金属污染物Cu、Cd、Pb、Zn吸附性均有提升。改性后凹凸棒土对Cu吸附量提升28.82％，对Cd吸附量提升64％，对Pb吸附量提升15.66％,对Zn吸附量提升40.47％。可以发现经本专利改性后的凹凸棒土能够显著提高对重金属离子的吸附性能，其中对重金属的吸附性提升情况Cd>Zn>Cu>Pb。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺，其特征在于：其具体实施步骤如下：

第一步凹凸棒土的酸化提纯

第二步凹凸棒土的热活化

将经过酸化后的凹凸棒土用蒸馏水进行冲洗，烘干，研磨过100目筛后放入马弗炉进行煅烧，温度为600℃，反应时间为3个小时；在600℃条件下煅烧可以显著提高凹凸棒土的吸附性能；其机理是凹凸棒土在煅烧后，矿物内部纤维间吸附水和结构孔道内沸石水被脱除，进而增大了凹凸棒土比表面积；

第三步凹凸棒土的无机活化

第四步凹凸棒土的成品处理

将前三步处理的凹凸棒土进行冲洗，去除凹凸棒土中多余的试剂残余；冲洗时使用蒸馏水，冲洗次数3次，每次冲洗15分钟；冲洗后将凹凸棒土放入高速离心机进行离心，转速为4000r·min^-1，离心时间为10分钟；将离心后分离出来的水分倒出，并将剩余的凹凸棒土放入烘箱进行烘干，温度105℃，时间为8-12小时；最后将烘干后的凹凸棒土进行研磨，并过100目筛，最终得到成品。