CN112607816A - 膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，所述的方法如下：步骤一、制备膨润土基复合材料；步骤二、对制备膨润土基复合材料进行改性，具体的改性方式采用酸活化改性、焙烧改性、钠盐改性、有机‑无机复合改性中的一种；将改性后的膨润土基复合材料进行物理成形；步骤三、确定膨润土吸附Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺的动力学属性；步骤四、通过吸附实验研究比较膨润土改性前后吸附性能的变化；步骤五、分析获取膨润土改性前后以及吸附重金属离子后的表面性状、化学组成、晶体结构、微观结构；通过对膨润土进行多重改性，获得吸附能力极强的改性膨润土，因此能够对污染水进行净化，尤其对重金属离子有更佳的效果。

Description

膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术

技术领域

本发明属于环保领域，具体是膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术。

背景技术

随着科学技术的发展，人类大力开垦自然改造自然，并且采用先进技术进行利用自然，与此同时也使不可再生资源的消耗，消耗后也伴随着废弃物的产生，随着时间的推移，排放量废弃物的排放量也显著增加，造成土壤、水体和大气污染，其中，尤其是重金属离子的增加，重金属离子如果渗入到土壤中，再渗透到地下水中，将严重影响人们的健康，长期以往，将严重破坏人与自然的和谐相处。

膨润土又称为万能土，应用在众多的领域中，由于其自身附带的较强的吸附能力，本领域技术人员已经将膨润土将其吸附能力应用在环保的领域中，因此本发明的膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术应运而生。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，通过对膨润土进行多重改性，获得吸附能力极强的改性膨润土，因此能够对污染水进行净化，尤其对重金属离子有更佳的效果。

本发明是这样实现的：

一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的方法如下：

步骤一、制备膨润土基复合材料：取膨润土40~60份、钠盐10~15份、去离子水10~20份、聚丙稀乙酰胺10~15份；将将上述物质置于磁力搅拌器上搅拌180 min，在水浴60~80摄氏度中搅拌均匀，过滤、水洗、烘干、过筛即可；所述的钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠、氧氧化钠、醋酸钠、草酸钠、焦磷酸钠中的一种；所述的复合材料为粉末膨润土；

步骤二、对制备膨润土基复合材料进行改性，具体的改性方式采用酸活化改性、焙烧改性、钠盐改性、有机-无机复合改性中的一种；将改性后的膨润土基复合材料进行物理成形；

步骤三、取一定浓度Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺标准溶液于具塞锥形瓶中，加入步骤二制备的膨润土，用稀HCl和NaOH调节pH值至中性，室温下振荡吸附，吸附达到平衡后，用中速定性滤纸过滤膨润土，分离出吸附后水样，在不同的时间点取样分析，并测定溶液中吸附质的浓度，计算吸附量，做出q-t的关系曲线，对曲线釆用一级动力学、二级动力学、Elovich、双常数4种吸附动力学模型进行拟合，根据拟合结果确定膨润土吸附Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺的动力学属性；

步骤四、同步骤三中的平行样设置，将步骤二中的改性后的膨润土基复合材料添加至含重金属离子的废水中，通过吸附实验研究比较膨润土改性前后吸附性能的变化；

步骤五、采用扫描电镜、X射线衍射、 X射线光电子能谱、红外分析、差热与热重分析的手段获取膨润土改性前后以及吸附重金属离子后的表面性状、化学组成、晶体结构、微观结构。

进一步，所述的粉末膨润土的粒径为120~200目。

进一步，所述的步骤二中的酸活化改性的具体方式为：将膨润土基复合材料浸渍在酸酸活化剂中，在水浴中中搅拌1~2小时，抽滤，洗涤，干燥，研磨，过200目筛即可得到；所述的水浴温度为：60~90 ℃；所述的酸活化剂有磷酸，硫酸，盐酸中的一种。

进一步，所述的步骤二中的焙烧改性的具体方式为：将膨润土基复合材料置于陶瓷坩埚中，而后放入马弗炉分别于400、600、950、1150℃下焙烧，即得到初步的焙烧改性土；将初步的焙烧改性膨润土分别放入体积浓度为5%~40%的柠檬酸溶液当中，用恒温水浴锅对其加热60min，期间维持酸洗液面不变，酸洗结束后用超纯水对改性样品反复进行水洗，直至滤液pH值接近中性，烘干即得焙烧改性膨润土。

进一步，所述的步骤二中的钠盐改性的具体方式为：将膨润土基复合材料于锥形瓶中，加入摩尔浓度为0.1~1.0mol/L的NaCl溶液当中，将锥形瓶置于水浴锅恒温加热60min，之后过滤，用超纯水反复淋洗改性样品，去除Cl^-1，于105℃下烘干即得钠化改性土。

进一步，所述的步骤二中的有机-无机复合改性的具体方式为：取膨润土基复合材料置于锥形瓶中，加入体积的超纯水，所述的超纯水：膨润土基复合材料的体积比为2:1，制成悬浊液，分别加入无机改性剂，使得无机改性的膨润土与高分子改性剂混合，然后于25~100℃的温度下，反应60~240 min；待反应结束后，用中速定性滤纸分离样品，用超纯水反复淋洗样品，于80~200℃阿温度下进行老化，老化时间为10~22h，即得无机-有机复合改性膨润土；所述的无机改性剂为聚乙二醇、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种。

进一步，所述的步骤二中的膨润土物理成形工艺主要包括过筛、混料、造粒和焙烧四个步骤；具体的，让膨润土过筛，获取均等粒径的膨润土；混料：将粉体膨润土、超细碳粉，即造孔剂和烧结助剂按照比例配好后，放入球磨罐，加入二倍重量的磨球，在球磨机上混料造粒：将水和粘结剂加入研磨均匀的混料中，反复搅拌制得泥料，陈化24h，采用球磨成形制得大小均匀的椭球形样品；焙烧：将所造颗粒状样品放入马弗炉中按所设程序烧成。过筛的原因在于：膨润土颗粒粒径不均一，不利于混料和造粒，因此要将膨润土过筛，获取均等粒径的膨润土。

本发明与现有技术的有益效果在于：本发明将改性后的膨润土用于脱除废水重金属离子，首先本发明的取膨润土经过钠盐、聚丙稀乙酰胺的初步改造，得到膨润土基复合材料，该材料经过钠盐反应后，钠基膨润土比钙基膨润土有更高的膨胀性和阳离子交换容量，改性成钠基膨润土，以提高其吸附能力，改性后的膨润土基复合材料可以同时吸附溶液中的有机物和重金属离子，且吸附效果比单一改性的膨润土好；本发明的膨润土基复合材料能在单一及复杂含重金属离子废水体系下对重金属离子（如锌、铁、镉、 铜、铅等）进行吸附。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例1中的膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术具体为：

步骤一、制备膨润土基复合材料：取膨润土40份、钠盐10份、去离子水10份、聚丙稀乙酰胺10份；将将上述物质置于磁力搅拌器上搅拌180 min，在水浴60~80摄氏度中搅拌均匀，过滤、水洗、烘干、过筛即可；所述的钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠、氧氧化钠、醋酸钠、草酸钠、焦磷酸钠中的一种；所述的复合材料为粉末膨润土；

步骤二、对制备膨润土基复合材料进行改性，具体的改性方式采用酸活化改性、焙烧改性、钠盐改性、有机-无机复合改性中的一种；将改性后的膨润土基复合材料进行物理成形；

所述的酸活化改性的具体方式为：将膨润土基复合材料浸渍在酸酸活化剂中，在水浴中中搅拌1~2小时，抽滤，洗涤，干燥，研磨，过200目筛即可得到；所述的水浴温度为：60~90 ℃；所述的酸活化剂有磷酸，硫酸，盐酸中的一种。

所述的焙烧改性的具体方式为：将膨润土基复合材料置于陶瓷坩埚中，而后放入马弗炉分别于400、600、950、1150℃下焙烧，即得到初步的焙烧改性土；将初步的焙烧改性膨润土分别放入体积浓度为5%~40%的柠檬酸溶液当中，用恒温水浴锅对其加热60min，期间维持酸洗液面不变，酸洗结束后用超纯水对改性样品反复进行水洗，直至滤液pH值接近中性，烘干即得焙烧改性膨润土。

所述的钠盐改性的具体方式为：将膨润土基复合材料于锥形瓶中，加入摩尔浓度为0.1~1.0mol/L的NaCl溶液当中，将锥形瓶置于水浴锅恒温加热60min，之后过滤，用超纯水反复淋洗改性样品，去除Cl^-1，于105℃下烘干即得钠化改性土。

所述的有机-无机复合改性的具体方式为：取膨润土基复合材料置于锥形瓶中，加入体积的超纯水，所述的超纯水：膨润土基复合材料的体积比为2:1，制成悬浊液，分别加入无机改性剂，使得无机改性的膨润土与高分子改性剂混合，然后于25~100℃的温度下，反应60~240 min；待反应结束后，用中速定性滤纸分离样品，用超纯水反复淋洗样品，于80~200℃阿温度下进行老化，老化时间为10~22h，即得无机-有机复合改性膨润土；所述的无机改性剂为聚乙二醇、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种。

步骤三、取一定浓度Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺标准溶液于具塞锥形瓶中，加入步骤二制备的膨润土，用稀HCl和NaOH调节pH值至中性，室温下振荡吸附，吸附达到平衡后，用中速定性滤纸过滤膨润土，分离出吸附后水样，在不同的时间点取样分析，并测定溶液中吸附质的浓度，计算吸附量，做出q-t的关系曲线，对曲线釆用一级动力学、二级动力学、Elovich、双常数4种吸附动力学模型进行拟合，根据拟合结果确定膨润土吸附Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺的动力学属性；

步骤四、同步骤三中的平行样设置，将步骤二中的改性后的膨润土基复合材料添加至含重金属离子的废水中，通过吸附实验研究比较膨润土改性前后吸附性能的变化；

步骤五、采用扫描电镜、X射线衍射、 X射线光电子能谱、红外分析、差热与热重分析的手段获取膨润土改性前后以及吸附重金属离子后的表面性状、化学组成、晶体结构、微观结构。

实施例2

本实施例2中的膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术具体为：

步骤一、制备膨润土基复合材料：取膨润土60份、钠盐15份、去离子水20份、聚丙稀乙酰胺15份；将将上述物质置于磁力搅拌器上搅拌180 min，在水浴60~80摄氏度中搅拌均匀，过滤、水洗、烘干、过筛即可；所述的钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠、氧氧化钠、醋酸钠、草酸钠、焦磷酸钠中的一种；所述的复合材料为粉末膨润土；

步骤二、对制备膨润土基复合材料进行改性，具体的改性方式采用酸活化改性、焙烧改性、钠盐改性、有机-无机复合改性中的一种；将改性后的膨润土基复合材料进行物理成形；

所述的酸活化改性的具体方式为：将膨润土基复合材料浸渍在酸酸活化剂中，在水浴中中搅拌1~2小时，抽滤，洗涤，干燥，研磨，过200目筛即可得到；所述的水浴温度为：60~90 ℃；所述的酸活化剂有磷酸，硫酸，盐酸中的一种。

所述的焙烧改性的具体方式为：将膨润土基复合材料置于陶瓷坩埚中，而后放入马弗炉分别于400、600、950、1150℃下焙烧，即得到初步的焙烧改性土；将初步的焙烧改性膨润土分别放入体积浓度为5%~40%的柠檬酸溶液当中，用恒温水浴锅对其加热60min，期间维持酸洗液面不变，酸洗结束后用超纯水对改性样品反复进行水洗，直至滤液pH值接近中性，烘干即得焙烧改性膨润土。

所述的钠盐改性的具体方式为：将膨润土基复合材料于锥形瓶中，加入摩尔浓度为0.1~1.0mol/L的NaCl溶液当中，将锥形瓶置于水浴锅恒温加热60min，之后过滤，用超纯水反复淋洗改性样品，去除Cl^-1，于105℃下烘干即得钠化改性土。

所述的有机-无机复合改性的具体方式为：取膨润土基复合材料置于锥形瓶中，加入体积的超纯水，所述的超纯水：膨润土基复合材料的体积比为2:1，制成悬浊液，分别加入无机改性剂，使得无机改性的膨润土与高分子改性剂混合，然后于25~100℃的温度下，反应60~240 min；待反应结束后，用中速定性滤纸分离样品，用超纯水反复淋洗样品，于80~200℃阿温度下进行老化，老化时间为10~22h，即得无机-有机复合改性膨润土；所述的无机改性剂为聚乙二醇、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种。

步骤三、取一定浓度Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺标准溶液于具塞锥形瓶中，加入步骤二制备的膨润土，用稀HCl和NaOH调节pH值至中性，室温下振荡吸附，吸附达到平衡后，用中速定性滤纸过滤膨润土，分离出吸附后水样，在不同的时间点取样分析，并测定溶液中吸附质的浓度，计算吸附量，做出q-t的关系曲线，对曲线釆用一级动力学、二级动力学、Elovich、双常数4种吸附动力学模型进行拟合，根据拟合结果确定膨润土吸附Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺的动力学属性；

步骤四、同步骤三中的平行样设置，将步骤二中的改性后的膨润土基复合材料添加至含重金属离子的废水中，通过吸附实验研究比较膨润土改性前后吸附性能的变化；

步骤五、采用扫描电镜、X射线衍射、 X射线光电子能谱、红外分析、差热与热重分析的手段获取膨润土改性前后以及吸附重金属离子后的表面性状、化学组成、晶体结构、微观结构。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的方法如下：

步骤一、制备膨润土基复合材料：取膨润土40~60份、钠盐10~15份、去离子水10~20份、聚丙稀乙酰胺10~15份；将将上述物质置于磁力搅拌器上搅拌180 min，在水浴60~80摄氏度中搅拌均匀，过滤、水洗、烘干、过筛即可；所述的钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠、氧氧化钠、醋酸钠、草酸钠、焦磷酸钠中的一种；所述的复合材料为粉末膨润土；

步骤二、对制备膨润土基复合材料进行改性，具体的改性方式采用酸活化改性、焙烧改性、钠盐改性、有机-无机复合改性中的一种；将改性后的膨润土基复合材料进行物理成形；

步骤三、取一定浓度Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺标准溶液于具塞锥形瓶中，加入步骤二制备的膨润土，用稀HCl和NaOH调节pH值至中性，室温下振荡吸附，吸附达到平衡后，用中速定性滤纸过滤膨润土，分离出吸附后水样，在不同的时间点取样分析，并测定溶液中吸附质的浓度，计算吸附量，做出q-t的关系曲线，对曲线釆用一级动力学、二级动力学、Elovich、双常数4种吸附动力学模型进行拟合，根据拟合结果确定膨润土吸附Cu²⁺、Zn²⁺、 Pb²⁺、Cd²⁺的动力学属性；

步骤四、同步骤三中的平行样设置，将步骤二中的改性后的膨润土基复合材料添加至含重金属离子的废水中，通过吸附实验研究比较膨润土改性前后吸附性能的变化；

步骤五、采用扫描电镜、X射线衍射、 X射线光电子能谱、红外分析、差热与热重分析的手段获取膨润土改性前后以及吸附重金属离子后的表面性状、化学组成、晶体结构、微观结构。

2.根据权利要求1所述的一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的粉末膨润土的粒径为120~200目。

3.根据权利要求1所述的一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的步骤二中的酸活化改性的具体方式为：将膨润土基复合材料浸渍在酸酸活化剂中，在水浴中中搅拌1~2小时，抽滤，洗涤，干燥，研磨，过200目筛即可得到；所述的水浴温度为：60~90 ℃；所述的酸活化剂有磷酸，硫酸，盐酸中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的步骤二中的焙烧改性的具体方式为：将膨润土基复合材料置于陶瓷坩埚中，而后放入马弗炉分别于400、600、950、1150℃下焙烧，即得到初步的焙烧改性土；将初步的焙烧改性膨润土分别放入体积浓度为5%~40%的柠檬酸溶液当中，用恒温水浴锅对其加热60min，期间维持酸洗液面不变，酸洗结束后用超纯水对改性样品反复进行水洗，直至滤液pH值接近中性，烘干即得焙烧改性膨润土。

5.根据权利要求1所述的一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的步骤二中的钠盐改性的具体方式为：将膨润土基复合材料于锥形瓶中，加入摩尔浓度为0.1~1.0mol/L的NaCl溶液当中，将锥形瓶置于水浴锅恒温加热60min，之后过滤，用超纯水反复淋洗改性样品，去除Cl^-1，于105℃下烘干即得钠化改性土。

6.根据权利要求1所述的一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的步骤二中的有机-无机复合改性的具体方式为：取膨润土基复合材料置于锥形瓶中，加入体积的超纯水，所述的超纯水：膨润土基复合材料的体积比为2:1，制成悬浊液，分别加入无机改性剂，使得无机改性的膨润土与高分子改性剂混合，然后于25~100℃的温度下，反应60~240 min；待反应结束后，用中速定性滤纸分离样品，用超纯水反复淋洗样品，于80~200℃阿温度下进行老化，老化时间为10~22h，即得无机-有机复合改性膨润土；所述的无机改性剂为聚乙二醇、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种膨润土基复合材料深度脱除废水重金属离子技术，其特征在于，所述的步骤二中的膨润土物理成形工艺主要包括过筛、混料、造粒和焙烧四个步骤；具体的，让膨润土过筛，获取均等粒径的膨润土；混料：将粉体膨润土、超细碳粉，即造孔剂和烧结助剂按照比例配好后，放入球磨罐，加入二倍重量的磨球，在球磨机上混料造粒：将水和粘结剂加入研磨均匀的混料中，反复搅拌制得泥料，陈化24h，采用球磨成形制得大小均匀的椭球形样品；焙烧：将所造颗粒状样品放入马弗炉中按所设程序烧成。