CN112794337A

CN112794337A - 一种凹土表面改性方法

Info

Publication number: CN112794337A
Application number: CN202110145112.6A
Authority: CN
Inventors: 董良飞; 孙俊杰; 叶天宝
Original assignee: Nanjing Gongcheng Energy Saving New Material Research Institute Co ltd
Current assignee: Nanjing Gongcheng Energy Saving New Material Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-05-14
Also published as: WO2022166187A1

Abstract

本发明公开了一种凹土表面改性方法，包括S1：以铝离子对凹土晶体中镁进行取代，改善其对藻类的处理性能；S2：铝离子在凹土表面进行聚合，使得凹土表面富含正电荷，加强其混凝效果；S3：将凹土投入至氢氧化钠溶液中，对天然凹土进行热碱改性，获得碱改性凹土；S4：在碱改性凹土中加入氯化铝进行反应并聚合。该种凹土表面改性方法，对凹土采用热、碱及氯化铝等表面改性，改善了凹土的空间结构，增强了藻类吸附性能，进一步提高了凹土在藻类处理中的效果，价格低廉，适用成本低，凹土本身对环境没有危害，添加的氯化铝和其他改性物质对环境影响也微乎其微，从经济及环保角度来说，改性凹土在水处理领域具有明显的优势。

Description

一种凹土表面改性方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体为一种凹土表面改性方法。

背景技术

随着社会发展及工业化进程加快，河流湖泊等环境压力日益增大，很多湖泊河流富营养化问题加剧，甚至污染严重，导致水体生态环境失衡，以藻类为代表的微生物种群爆发性增殖，其恶劣的感官影响及释放的藻毒素，不仅严重影响了水体环境景观，更对河道湖泊水生生物及人类生活生产安全造成了严重威胁。

近年来，国内外的许多学者发展出大量的技术手段减少或去除河道湖泊水体中的藻类，进而控制藻类爆发。目前对于河道湖泊藻类爆发的防治主要为预防和直接治理。其中直接治理方法包括物理法、化学法、微生物法以及这些方法的联合应用。物理法包括机械打捞除藻、直接过滤除藻、微滤机过滤除藻、气浮法除藻、超声波除藻等方法，通过利用杀菌或过滤设备直接消除水体中的藻类，其原理简单，可直接降低水中藻类生物量，无二次污染，但此方法需要消耗大量的人力物力，且对于大范围水体而言应用范围较窄。化学法是利用化学杀菌剂对藻类进行杀灭，通常应用于藻类治理的杀菌剂有硫酸铜、二氧化氯、过氧化氢戊二醛等，虽然此方法除藻速度快，效果明显，但同时也具有一定的危险性，容易造成二次污染，这些化合物在水体中扩散，对水生生物具有直接的毒害作用，且藻类死亡后释放的藻毒素是肝癌的主要诱因。微生物法主要利用光合细菌、芽孢杆菌等微生物作为除藻剂，通过其生命代谢，将水中污染物进行转化、降解及转移作用，从而使水体获得净化的方法，这种方法成本高，周期长，很难大规模适用，而且还会带来外来生物入侵等问题。凹凸棒石黏土(以下简称凹土)由于其特殊的纤维状棒晶结构以及多空的空间结构，藻类在凹土的表面吸附、富集并沉淀，使得藻类得以去除。但未改性的凹土本身溶胶性较差，絮凝、沉降速率低，使得藻处理效率低下，量少时难以达到良好的去除效果，量大时容易造成原料量和淤渣量过大等问题。因此，本发明利用凹土的除藻特性，以氯化铝为主要改性剂对凹土表面进行改性修饰，增强凹土除藻性能，制备出除藻剂。

凹土是一种天然的含水富镁铝的硅酸盐矿物，对环境无危害，且具有独特的纳米级链层状分子结构，晶体呈棒状或纤维状。较大的比表面积和微细孔隙结构使之具有良好的吸附性，众多纳米尺寸的孔道存在大量活性中心，加之较强的机械性能和热稳定性，是优良的载体。本发明利用氯化铝使得凹土表面附载大量正电荷离子，中和藻类表面负电荷离子，使得藻类脱稳，最终实现藻类去除，净化水体，达到水质改善和提升的目的。因此我们对此做出改进，提出一种凹土表面改性方法。

实用发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种凹土表面改性方法，包括以下步骤：

S1：以铝离子对凹土晶体中镁进行取代，改善其对藻类的处理性能；

S2：铝离子在凹土表面进行聚合，使得凹土表面富含正电荷，加强其混凝效果；

S3：将凹土投入至氢氧化钠溶液中，对天然凹土进行热碱改性，获得碱改性凹土；

S4：在碱改性凹土中加入氯化铝进行反应并聚合，采用氯化铝对凹土表面进行无机改性，获得改性凹土；

在上述技术方案中，凹土的热碱改性和氯化铝改性的步骤顺序有限定，在实施中需要对凹土首先实行热、碱改性，然后进一步对凹土进行氯化铝无机改性。

作为本发明的一种优选技术方案，所述热改性的具体步骤为：根据S4步骤中，将开采的原矿凹土在0℃-500℃下烘培1-3小时，制得热改性凹土。

作为本发明的一种优选技术方案，所述碱改性的具体步骤为，根据S4步骤中，使热改性后凹土、氢氧化钠和溶剂的混合反应体系于常温条件下反应1-3小时，混合反应体系应于搅拌条件下进行。

作为本发明的一种优选技术方案，所述搅拌条件转速应为200-500r/min，所述溶剂为去离子水，所述热改性后凹土与氢氧化钠的质量比为(5-10)：1。

作为本发明的一种优选技术方案，所述氯化铝改性的具体步骤为：根据S3步骤中，将热碱改性后凹土、氯化铝和溶剂的混合反应体系于60℃-90℃条件下反应6-10小时。

作为本发明的一种优选技术方案，所述混合反应体系应于搅拌条件下进行，所述搅拌条件转速应为200-500r/min，所述溶剂为去离子水。

作为本发明的一种优选技术方案，所述氯化铝与溶剂的质量比为(10-30)：100，所述碱改性凹土与氯化铝的质量比为(1-3)：1。

本发明的有益效果是：

1、热改性可以去除凹土内部多余结合水，打开内部结构，增加凹土比表面积；碱改性可以活化凹土内部基团，使得凹土表面附着众多羟基结构，增加凹土的化学活性；带正电荷的铝离子在水中具有一定的混凝作用，其与凹土可以增强藻类絮凝效果；

2、对凹土采用热、碱及氯化铝等表面改性，改善了凹土的空间结构，增强了藻类吸附性能，进一步提高了凹土在藻类处理中的效果；

凹土相对于其他除藻剂在水处理领域来说，价格低廉，适用成本低，且对于环境来说，凹土本身对环境没有危害，添加的氯化铝和其他改性物质对环境影响也微乎其微，从经济及环保角度来说，改性凹土在水处理领域具有明显的优势。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种凹土表面改性方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

s1：将凹土原矿磨成细粉状过200目筛得凹土粉；得凹土粉末。

s2：将凹土粉末与氢氧化钠按照5：1的质量比投入少量去离子水中，在常温条件下搅拌1小时，得碱改性凹土。

s3：在pH为5左右条件下，将碱改性凹土与氯化铝按照1：1的质量比投入少量去离子水中，在60℃，200r/min条件下搅拌6小时使之分散，烘干，粉碎，得成品。

实施例二：

s1：将凹土原矿磨成细粉状过200目筛得凹土粉；凹土粉在200℃的温度下烘培1小时，得热改性凹土。

s2：将热改性凹土与氢氧化钠按照5：1的质量比投入少量去离子水中，在常温条件下搅拌1小时，得碱改性凹土。

s3：在pH为5左右条件下，将热碱改性凹土与氯化铝按照1：1的质量比投入少量去离子水中，在60℃，200r/min条件下搅拌6小时使之分散，烘干，粉碎，得成品。

实施例三：

s1：将凹土原矿磨成细粉状过200目筛得凹土粉；凹土粉在500℃的温度下烘培1小时，得热改性凹土。

实施例四：

s2：将凹土粉末与氢氧化钠按照10：1的质量比投入少量去离子水中，在常温条件下搅拌1小时，得碱改性凹土。

s3：在pH为6左右条件下，将碱改性凹土与氯化铝按照1：1的质量比投入少量去离子水中，在80℃，200r/min条件下搅拌6小时使之分散，烘干，粉碎，得成品。

实施例五：

s2：将热改性凹土与氢氧化钠按照10：1的质量比投入少量去离子水中，在常温条件下搅拌1小时，得碱改性凹土。

s3：在pH为6左右条件下，将热碱改性凹土与氯化铝按照1：1的质量比投入少量去离子水中，在80℃，200r/min条件下搅拌6小时使之分散，烘干，粉碎，得成品。

实施例六：

s3：在pH为6左右条件下，将热碱改性凹土与氯化铝按照1：1的质量比投入少量去离子水中，在80℃，200r/min条件下搅拌6小时使之分散，烘干，粉碎，得成品

对比例1：

单独使用未进行任何改性的天然凹土作为除藻剂应用于藻类治理。

对比例2：

将热改性凹土与氢氧化钠按照5：1质量比投入少量去离子水中，在常温条件下搅拌1小时，得碱改性凹土，应用于藻类治理(对凹土单独进行热碱改性)。

对比例3：

将热改性凹土与氯化铝按照1：1质量比投入少量去离子水中，在80℃，200r/min条件下搅拌6小时，得氯化铝改性凹土，应用于藻类治理(对凹土单独进行氯化铝改性)。

取蓝藻叶绿素含量为100-110μg/，pH控制在7.0±1.0的模拟水体，在实施例1-6及对比例1-3所得材料分别投入相同重量的模拟测试水体中，投量为1g/L，投入30分钟后，进行测试，下表为测试结果。

经过分析，对比例1至对比例3中分别采用未改性、单独热碱改性、单独氯化铝改性，所得产物应用于藻类治理中，其藻类去除率与实施例1-6相比，数值明显偏低，及对于藻类治理的效果远不如本申请中的产物对藻类处理的效果，因此可以得出结论，即通过本申请的方法制得的改性凹土，在藻类治理中相比现有技术具有相对较好的应用效果。

经过对比实施例1-6，可以看出虽然对凹土进行改性的材料比例和温度有些许差异，但其应用于藻类治理所取得的效果都很接近。

综上所述，采用本申请的凹土改性方法对凹土进行改性，使得改性后的凹土在藻类治理领域相比现有技术具有较优的应用效果。且凹土的价格低廉，适用成本低；本方法中的改性试剂对于环境来说，也不会造成污染，在藻类治理领域具有明显的优势。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式

最后应说明的是：在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种凹土表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种凹土表面改性方法，其特征在于：

所述热改性的具体步骤为：根据S4步骤中，将开采的原矿凹土在0℃-500℃下烘培1-3小时，制得热改性凹土。

3.根据权利要求1所述的一种凹土表面改性方法，其特征在于：

所述碱改性的具体步骤为，根据S4步骤中，使热改性后凹土、氢氧化钠和溶剂的混合反应体系于常温条件下反应1-3小时，混合反应体系应于搅拌条件下进行。

4.根据权利要求3所述的一种凹土表面改性方法，其特征在于：

所述搅拌条件转速应为200-500r/min，所述溶剂为去离子水，所述热改性后凹土与氢氧化钠的质量比为(5-10)：1。

5.根据权利要求1所述的一种凹土表面改性方法，其特征在于：

所述氯化铝改性的具体步骤为：根据S3步骤中，将热碱改性后凹土、氯化铝和溶剂的混合反应体系于60℃-90℃条件下反应6-10小时。

6.根据权利要求5所述的一种凹土表面改性方法，其特征在于：

所述混合反应体系应于搅拌条件下进行，所述搅拌条件转速应为200-500r/min，所述溶剂为去离子水。

7.根据权利要求5所述的一种凹土表面改性方法，其特征在于：

所述氯化铝与溶剂的质量比为(10-30)：100，所述碱改性凹土与氯化铝的质量比为(1-3)：1。