CN111871380A - 一种去除水中阴离子的吸附材料的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除水中阴离子的吸附材料的制备方法及应用，属于环境保护中污水净化处理技术领域。利用有机阳离子季铵盐对蒙脱土进行疏水改性，制备出有机蒙脱土，用于水体中阴离子的吸附。采用该方法制备而得的有机改性蒙脱土吸附剂对水中阴离子有良好的吸附容量和去除率，且疏水改性后的体系更易于从水中分离。本发明为废水中阴离子的去除提供了新技术参考，且具有良好的回收和循环利用价值。本发明所需原材料来源广，几乎无毒，常见易得，采集花费低，制备工艺简单，去除效率高，周期短，可回收再利用，是处理废水中阴离子的一种有效吸附剂。

Description

一种去除水中阴离子的吸附材料的制备方法及应用
技术领域
本发明公开了一种去除废水中阴离子的有机疏水改性的蒙脱土吸附材料的制备方法及应用，属于环境保护中污水净化处理技术领域。
背景技术
当今世界，清洁能源核能的出现，对全球的能源短缺问题以及降低化石能源的使用起到了重要的作用。核能为电力系统做出了尤为重要的贡献，但其在高速发展的过程中产生的放射性元素会对人体及环境产生伤害。放射性碘作为环境中核素污染的主要部分，具有比放射性大、裂变产额高、半衰期长(如I129，t1/2＝1.6×107年)、射线能量高的特点。若不能及时高效处理放射性废液，将会对环境生态系统构成严重威胁，并对生物体产生不可逆转的致癌突变等致命问题。
目前，放射性碘的去除主要通过吸附法、膜分离法、化学沉淀法和离子交换法等手段实现，其中离子交换法是一种相对成熟且应用最为广泛的方法，适用于低浓度的含碘液，对碘的选择性高，但是其缺点是离子树脂的选择性较差，重复使用率低且成本较高。化学沉淀法主要是将富含碘离子的盐卤水与所加的一价铜离子反应形成不溶于水的碘化亚铜沉淀，而后再进行过滤将碘化亚铜从盐卤水中分离出来，但该方法对原料液中碘的浓度要求较高，且化学药品投入量大，工程设备规模较大，增加了成本投入。吸附法主要有物理吸附、化学吸附以及物理化学吸附。传统的吸附法主要是利用材料表面的特殊结构实现对碘的去除，多数为物理吸附，而新型的复合吸附材料不仅借助材料的表面特殊结构进行吸附，而且通过对材料表面改性，增加了具有表面活性的碘吸附位，因而增强了材料对碘离子的选择性吸附性能。吸附法去除碘研究主要集中在银基材料、铜基材料、活性炭类等方面，但是金属类吸附剂易泄露，会造成水体二次污染，价格高且载体吸附作用较小；活性炭类吸附去除效率低下。因此亟需开发一种价格低廉、环境友好、对碘离子吸附容量大且去除效率高的新型吸附材料。
本发明通过用氯化季铵盐对蒙脱土进行疏水改性，将其用于吸附水中的阴离子。本发明避免了金属吸附材料成本高、易造成二次污染且制备工艺复杂等不足，为废水中阴离子的去除提供了技术参考。
发明内容
本发明针对金属吸附材料价格高昂、制备工艺复杂等不足，提供了一种处理废水中阴离子的思路。本发明具有原材料价格低廉、吸附容量大、环境友好、工艺简单、吸附成本可控且可大规模应用于生产等特点。
本发明的技术方案：
一种去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，步骤如下：
(1)配置质量浓度为2％的蒙脱土浆，超声搅拌3-6h，温度定为20-70℃；
(2)将1.0CEC-10.0CEC的二甲基双十八烷基氯化铵，加入到乙醇和去离子水的混合液中，加热搅拌直至溶液澄清；其中乙醇和去离子水的体积比为1：1-1：2，加热搅拌温度为20-60℃；
(3)将步骤(2)所得物分别加入到步骤(1)所得溶液中，加热搅拌3-6h；其中，加热温度为20-100℃，蒙脱土和二甲基双十八烷基氯化铵的质量比为0.1-5；
(4)将步骤(3)所得溶液静置过夜，倒掉上清液，然后依次用乙醇和去离子水洗涤底部白色沉淀，将其离心6-15分钟；
(5)将步骤(4)所得混合物真空抽滤，洗涤，收集沉积物；
(6)将步骤(5)所得物于20-80℃真空干燥12-24h至恒重，研成粉末，即得有机改性蒙脱土吸附材料。
步骤(3)中离心机转速设置为8000-12000r/min。
一种有机改性蒙脱土吸附材料吸附含碘废水的应用，在pH2～12范围内进行。
采用浓度为0.5mol/L的NaCl溶液解析有机改性蒙脱土吸附材料。
步骤(2)和步骤(4)中所述的乙醇均为无水乙醇。
采用疏水改性蒙脱土对阴离子进行吸附，步骤如下：
(1)吸附过程：
将一定量的疏水改性蒙脱土加入到含有阴离子的水溶液中，将其放到振荡摇床中，进行吸附操作，并且每隔一段时间进行测定分析溶液中剩余阴离子浓度直至平衡；
采用下式计算吸附量Qe：
Figure BDA0002578014860000031
式中：Qe为平衡时疏水改性蒙脱土的吸附量(mmol·g-1)；Co和Ce分别为水相中阴离子的初始浓度(mmol·L-1)和平衡时浓度(mmol·L-1)；m为所加疏水改性蒙脱土的质量(g)；V为液相体积(L)；
(2)疏水改性蒙脱土再生过程
将吸附平衡后的材料用去离子水反复洗涤多次，用滤纸吸干表面水分后干燥至恒重，然后将其加入一定量(100-500mL)的NaCl水溶液中。恒温振荡至测定溶液中阴离子的浓度不再改变。
本发明的有益效果：本发明提出了一种采用疏水改性蒙脱土吸附处理含有阴离子的废水的方法，该方法选用氯化季铵盐为改性剂，得到具有高比表面积的改性蒙脱土颗粒用于吸附。与传统阴离子吸附方法相比，本发明选取的蒙脱土价格低廉，且对环境友好；吸附剂制备过程简单，易于操作；改性蒙脱土颗粒具有较高的比表面积，利用改性蒙脱土中的铵基在酸性水溶液中形成铵根离子与阴离子产生静电作用的特点，对阴离子具有高吸附容量，且可回收再利用。本发明提出的吸附剂可用于处理废水体系中的负电物质，并可用于酸碱中性环境处理。
附图说明
图1是疏水改性蒙脱土吸附分离效果图。
图2是吸附剂的重复使用性能效果图。
具体实施方式
下面结合具体实例来说明本发明，但应明白，这些实例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。
一种改性蒙脱土吸附材料制备方法如下：
(1)用天平称1g天然蒙脱土，置于100mL圆底烧瓶中，加入50mL去离子水，放置超声中于40℃温度下，超声4h；
(2)通过天平称取相当于蒙脱土1.0CEC～10CEC的HT备用。分别取无水乙醇和去离子水各5mL放置在25mL烧杯中混合，将1.0CEC的HT放置在此溶液中；取无水乙醇和去离子水各8mL放置在25mL烧杯中混合，将3.0CEC的HT放置在溶液中；取无水乙醇和去离子水各10mL放置在25mL烧杯中混合，将5.0CEC的HT放置在溶液中；取无水乙醇和去离子水各12mL放置在25mL烧杯中混合，将6.0CEC的HT放置在溶液中；取无水乙醇和去离子水各15mL放置在50mL烧杯中混合，将10.0CEC的HT放置在溶液中，在35℃的温度下进行磁力搅拌；
(3)将步骤(2)所得溶液分别加入到步骤(1)所得溶液中，温度定为80℃，加热搅拌5h；
(4)将步骤(3)所得溶液静置，用乙醇和去离子水洗涤后，在9000r/min转速下离心10分钟，离心完用乙醇和去离子水洗涤；
(5)将步骤(4)所得溶液真空抽滤，用体积比为1:1的无水乙醇/蒸馏水混合溶液洗涤3～4次，收滤饼；
(6)将步骤(5)所得物于37℃真空干燥24小时至恒重，研成粉末，即得有机改性蒙脱土吸附材料。
以下用2个具体实验详细说明本发明：
(1)准确称取0.10g上述制备的改性蒙脱土颗粒，加入到含有100mL碘离子浓度的为0.1mmol/L水溶液中，25℃下振荡4小时，9000r/min分离10分钟，测其上清液碘离子浓度，利用上述公式算出碘吸附量为16.1mg/g，去除效果达61％，且处理后废水达到地表水环境质量二级标准。
(2)准确称取0.25g上述制备的改性蒙脱土颗粒，加入到含有100mL碘离子浓度的为0.1mmol/L水溶液中，用0.5mol/L HCl和0.5mmol/L NaOH调节pH＝2、pH＝7以及pH＝12，25℃下振荡4小时，9000r/min分离10分钟，测其上清液碘离子浓度，碘去除效果分别达81％、97％和80％。
(3)用200mL 0.5mol/L的氯化钠溶液将回收的改性蒙脱土颗粒搅拌4h，通过去离子水对回收的改性蒙脱土润洗4次，抽滤并收集滤饼，用干燥箱恒温干燥，然后将所得样品再次用于吸附0.1mmol/L碘化钾溶液中的碘离子，碘离子去除率仍在90％以上，具有良好的绿色可再生性能。

Claims (4)

1.一种去除水中阴离子的吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)配置质量浓度为2％的蒙脱土浆，超声搅拌3-6h，温度定为20-70℃；
(2)将1.0CEC-10.0CEC的二甲基双十八烷基氯化铵，加入到乙醇和去离子水的混合液中，加热搅拌直至溶液澄清；其中乙醇和去离子水的体积比为1：1-1：2，加热搅拌温度为20-60℃；
(3)将步骤(2)所得物分别加入到步骤(1)所得溶液中，加热搅拌3-6h；其中，加热温度为20-100℃，蒙脱土和二甲基双十八烷基氯化铵的质量比为0.1-5；
(4)将步骤(3)所得溶液静置过夜，倒掉上清液，然后依次用乙醇和去离子水洗涤底部白色沉淀，将其离心6-15分钟；
(5)将步骤(4)所得混合物真空抽滤，洗涤，收集沉积物；
(6)将步骤(5)所得物于20-80℃真空干燥12-24h至恒重，研成粉末，即得有机改性蒙脱土吸附材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中离心机转速设置为8000-12000r/min。
3.一种有机改性蒙脱土吸附材料吸附含碘废水的应用。
4.采用浓度为0.5mol/L的NaCl溶液解析有机改性蒙脱土吸附材料。
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CN108704620A (zh) * 2018-07-02 2018-10-26 大连理工大学 一种处理废水中阴离子的壳聚糖/疏水蒙脱土吸附材料的制备方法及应用

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