CN109453737A - 制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法 - Google Patents

制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及黏土矿物改性的技术领域,公开了一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,以具有吸附性能的黏土矿物和含硫化合物为原料,经水热反应合成新型硫掺杂黏土矿物复合材料,本发明的方法具有设备要求低、低能耗、实际应用价值高等有益效果。本发明为解决复合材料需要满足简单容易制造、成本低廉、天然丰度大、含硫基团要掺杂进黏土内,并且黏土矿物要对污水中的多种有害物质都要吸附效果、同时避免高温、降低反应过程中成本和能耗、及对反应条件和设备要求低的要求。

Description

制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法
技术领域
本发明涉及黏土矿物改性的技术领域,尤其涉及了制备硫掺杂黏土矿物复 合材料的方法。
背景技术
水污染现状与工业废水、城镇生活污水排放密切相关。为了去除污水中的 有害物质,制备具有成本低、易得及环境友好型、去除效率高的复合材料显得 尤为重要。
众所周知,硫元素对重金属离子有重要的配位和螯合作用,硫化物很难掺 杂进黏土矿物上,这是由于黏土矿物的结构特性所致。本发明解决了以上技术 问题。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点,在制备硫掺杂黏土矿物复合材料的过程中, 为保证硫元素掺杂到黏土矿物中,又要保证黏土矿物的结构不被完全破坏,同 时降低反应过程中的成本及能耗,及对反应过程中设备要求要低的特点,提供 了一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法。本发明的方法具有反应条件温和、 设备要求低、低能耗、收率高等优点。
为了解决上述技术问题,本发明通过下述技术方案得以解决:
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,以黏土矿物和含硫化物为原料,经 水热反应,合成硫掺杂黏土矿物复合材料。
作为优选,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物,搅拌均匀配制成溶液, 向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应 18-36小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储 于干燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
作为优选,步骤C中,将水热合成反应釜置于加热器内,反应24小时后取 出。
作为优选,黏土矿物进行预处理焙烧温度为260-350℃,焙烧时间为3-5小 时。
作为优选,每1mL含硫化合物中含有0.5-2mg的黏土矿物,硫化物物质的 量浓度为0.1-3mol/L。
作为优选,每1mL含硫化合物中含有1mg的黏土矿物。
作为优选,硫化物物质的量浓度为0.1-2.5mol。
作为优选,硫化物物质的量浓度为1mol或2mol。9.根据权利要求1或2 所述的一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于,黏土矿物为凹 凸棒土、膨润土、高岭土、伊利土、活性白土、海泡石粘土中的一种或几种。
作为优选,含硫化合物为硫化钠、硫氢化钠、亚硫酸钠、硫酸钠、硫化钾、 硫氢化钾、亚硫酸钾、硫酸钾中的一种或几种。
本发明通过高温既要对黏土矿物的表面进行结构改性,又不能完全破坏黏 土结构,同时还要保持阴离子交换能力。本发明得到的硫掺杂黏土矿物复合材 料,不仅对重金属离子有良好的吸附效果,也对阳离子染料具有良好的吸附效 果,具有双重吸附功效。
本发明以含硫化合物为改性试剂,以黏土矿物为原材料,经水热反应,可 以得到高产率的新型硫掺杂黏土复合材料,同时可以高效地去除溶液中的亚甲 基蓝、铜离子和铅离子,具有不可比拟的优点。
与现有的改性方法相比,本发明的有益效果是:
(1)成本低廉,制备复合材料的原料价格低廉、易得。
(2)复合材料可以对水中多种有害废弃物进行吸附。
(3)复合材料可以多次重复利用,具有经济性、环保性。
(4)复合材料在废水处理领域具有实际应用价值。
(5)反应操作步骤简单。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,以黏土矿物和含硫化物为原料,经 水热反应,合成硫掺杂黏土矿物复合材料。
其中,黏土矿物进行预处理焙烧温度为300℃,焙烧时间为4小时。每1mL 含硫化合物中含有0.5mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为0.1mol/L。黏土 矿物为凹凸棒土。含硫化合物为硫化钠。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.85%,对铜离子的吸附率达到70.09%,对铅离子的吸附率达到82.22%。
实施例2
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,温度为300℃,焙烧时间为 4小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有0.5mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为0.1mol/L),搅拌均匀配制成溶 液,向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应18 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为膨润土。含硫化合物为硫氢化钠。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.85%,对铜离子的吸附率达到65%,对铅离子的吸附率达到80%。
实施例3
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,焙烧温度为300℃,焙烧时 间为4小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有2mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为3mol/L),搅拌均匀配制成溶液, 向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应36 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为高岭土。含硫化合物为亚硫酸钠。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.77%,对铜离子的吸附率达到60%,对铅离子的吸附率达到79.1%。
实施例4
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,焙烧温度为300℃,焙烧时 间为4小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有1mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为2.5mol/L),搅拌均匀配制成溶液, 向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应24 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为伊利土。含硫化合物为硫酸钠。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.81%,对铜离子的吸附率达到63.1%,对铅离子的吸附率达到77.8%。
实施例5
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,焙烧温度为300℃,焙烧时 间为4小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有1.5mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为1mol/L),搅拌均匀配制成溶液, 向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应20 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为活性白土。含硫化合物为硫化钾。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.35%,对铜离子的吸附率达到60.08%,对铅离子的吸附率达到76.1%。
实施例6
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,黏土矿物进行预处理焙烧 温度为260℃,焙烧时间为3小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有1.8mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为2mol/L),搅拌均匀配制成溶液, 向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应30 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为海泡石粘土。含硫化合物为硫氢化钾。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.47%,对铜离子的吸附率达到67.53%,对铅离子的吸附率达到73%。
实施例7
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,黏土矿物进行预处理焙烧 温度为350℃,焙烧时间为5小时);
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有0.8mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为0.9mol/L),搅拌均匀配制成溶 液,向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应25 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为凹凸棒土、膨润土、高岭土、伊利土、活性白土、海泡石粘土 的混合物。含硫化合物为亚硫酸钾。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.48%,对铜离子的吸附率达到69.82%,对铅离子的吸附率达到84.27%。
实施例8
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,黏土矿物进行预处理焙烧 温度为300℃,焙烧时间为4小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有1mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为2mol/L),搅拌均匀配制成溶液, 向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应24 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为海泡石粘土。含硫化合物为硫酸钾。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到99.79%,对铜离子的吸附率达到65.91%,对铅离子的吸附率达到72.49%。
实施例9
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,黏土矿物进行预处理焙烧 温度为320℃,焙烧时间为3.5小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有1.5mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为2.8mol/L),搅拌均匀配制成溶 液,向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应20 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为凹凸棒土。含硫化合物为硫化钠、硫氢化钠、亚硫酸钠、硫酸 钠、硫化钾、硫氢化钾、亚硫酸钾、硫酸钾的混合物。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到98.12%,对铜离子的吸附率达到70.08%,对铅离子的吸附率达到83.57%。
实施例10
制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧,黏土矿物进行预处理焙烧 温度为280℃,焙烧时间为4小时;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物(每1mL含硫化合物中 含有1mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为2.5mol/L),搅拌均匀配制成溶液, 向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应24 小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干 燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
黏土矿物为膨润土、高岭土、伊利土的混合物。含硫化合物为硫化钠、硫 氢化钠、亚硫酸钠的混合物。
然后对复合材料进行吸附性能测试,结果表明:对亚甲基蓝的吸附率达到96.35%,对铜离子的吸附率达到71.55%,对铅离子的吸附率达到81.25%。
总之,以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所作 的均等变化与修饰,皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于,以黏土矿物和含硫化物为原料,经水热反应,合成硫掺杂黏土矿物复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
A.将黏土矿物转入坩埚内,并在马弗炉中焙烧;
B.焙烧后,干燥冷却至室温,在容器中加入硫化物,搅拌均匀配制成溶液,向其中加入冷却至室温的黏土,混合均匀;
C.将其转入聚四氟乙烯衬套内,将水热合成反应釜置于加热器内,反应18-36小时后取出,冷却至室温,将悬浮液离心,洗涤至中性,冷冻干燥,存储于干燥器内,制备得到硫掺杂黏土矿物复合材料。
3.根据权利要求2所述的制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于:步骤C中,将水热合成反应釜置于加热器内,反应24小时后取出。
4.根据权利要求1或2所述的一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于,黏土矿物进行预处理焙烧温度为260-350℃,焙烧时间为3-5小时。
5.根据权利要求2所述的一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于,每1mL含硫化合物中含有0.5-2mg的黏土矿物,硫化物物质的量浓度为0.1-3mol/L。
6.根据权利要求5所述的制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于:每1mL含硫化合物中含有1mg的黏土矿物。
7.根据权利要求5所述的制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于:硫化物物质的量浓度为0.1-2.5mol。
8.根据权利要求7所述的制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于:硫化物物质的量浓度为1mol或2mol。
9.根据权利要求1或2所述的一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于,黏土矿物为凹凸棒土、膨润土、高岭土、伊利土、活性白土、海泡石粘土中的一种或几种。
10.根据权利要求1或2所述的一种制备硫掺杂黏土矿物复合材料的方法,其特征在于,含硫化合物为硫化钠、硫氢化钠、亚硫酸钠、硫酸钠、硫化钾、硫氢化钾、亚硫酸钾、硫酸钾中的一种或几种。
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