CN112808247A - 一种复合除汞材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理材料技术领域，具体涉及一种复合除汞材料及其制备方法与应用。本发明所述复合除汞材料的制备方法，通过制备层间结构可调控的水滑石和聚吡咯改性的蒙脱土为原料，通过N,N‑二甲基甲酰胺对水滑石进行剥层分离，使之形成分散的片层结构，并通过对蒙脱土进行酸化、钠化和三氯化铁插层处理以及采用聚吡咯对插层蒙脱土进行改性处理，形成立体多层次空间位阻，提高了改性过程的交换容量；再利用对水滑石和蒙脱土进行复合插层的方式，进一步形成具有空间构域效应的多羟基层状结构复合材料，随后利用该材料特有的多羟基层状结构进行巯基改性，制得可应用于吸附含汞废水中的Hg2+的改性吸附材料，具有较好的吸附效率和吸附容量。

Description

一种复合除汞材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于污水处理材料技术领域，具体涉及一种复合除汞材料及其制备方法与应用。
背景技术
汞俗称水银由于具有剧毒、可生物富集、易挥发、易迁移易转化、难生物降解等特性而受到广泛关注，汞可以在生物体内积累，很容易被皮肤以及呼吸道和消化道吸收，被列为全球性污染物。当前，中国对含汞废水的排放标准要求出水中汞浓度不高于5μg/L。因此，如何有效去除废水中含有的汞元素是污水及废水处理领域面临的一个难题。现有技术中传统的汞处理工艺包括化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法、电解法等，但上述方法处理含汞废水存在难度较大或工艺复杂的缺陷，不适宜于含汞废水处理工艺的要求。
吸附法作为一种公认的、经济而又有效的废水处理方法，由于其工艺简单、效果稳定，而且不产生二次污染，近年来在含汞废水处理领域受到广泛关注。但是，这种方法对含汞废水的处理效果主要依赖于吸附剂材料的性能，可以说，吸附法对汞的处理效果很大程度上取决于吸附材料的性能。通常情况下，吸附材料性能的优劣，除了要考察吸附材料的除汞效率，还要考察材料的吸附容量和再生后吸附效果。当前，国家对于部分行业外排废水要求汞浓度不高于5μg/L，但多数市售的常规汞吸附剂只可以将废水中的汞浓度降低至0.05mg/L左右，这就要求开发新型的汞吸附材料对含汞废水中的汞进行深度处理。目前，市场上销售的可用于含汞废水处理的吸附材料主要是颗粒状或柱状的活性炭和球形的含巯基官能团的吸附除汞树脂。其中，活性炭类吸附剂对汞及其化合物的吸附主要靠的是物理吸附作用，其吸附性能相对较差，只适合用于处理成分单一且浓度较低的含汞废水；而含巯基官能团的吸附除汞树脂对汞及其化合物的吸附性能较好，去除效率也较高，但其价格却较为昂贵，导致企业废水处理的成本较高，严重影响企业效益。
如中国专利CN109092243A公开了一种用于酸性废水中除汞的硫改性水滑石吸附剂，该吸附剂以具有层状双金属氢氧化物为特征的水滑石类材料为载体，以多种含硫化合物为活性组分，利用离子交换的方法，使含硫阴离子基团对载体的层间阴离子进行插层处理，构建得到一种高效的除汞吸附剂材料。其中，活性组分占载体质量的1％-5％，活性组分为硫离子或纳米硫簇基团，包括S2-、[SnS4]4-、[MoS4]2-。但该方案涉及的吸附材料仅适用于处理pH值1-5、汞离子浓度为10-1000mg/L的含汞废水，吸附出水中汞含量也不能稳定低于5μg/L，尤其是该吸附材料再生后的重复使用效果较差。
又如中国专利CN109529781A公开了一种污水除汞用石英砂改性负载巯基材料，该石英砂改性负载巯基基材料由石英砂和官能团巯基复合组成，所述石英砂先利用盐酸和乙醇溶液进行改性，然后通过乙酸酚和硫酸为助溶剂与巯基乙酸进行反应，将所述官能团巯基负载到所述石英砂表面。该石英砂改性负载巯基材料对目标污染物的饱和吸附量能达到85％以上，对污水厂尾水汞的浓度降低效果明显，但该吸附材料的吸附容量却略低，而且再生后重复使用效果不理想。
可见，开发一种除汞效率高、吸附容量大且再生后重复吸附性能好的复合除汞材料具有积极的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种复合除汞材料，以解决现有技术中汞吸附材料存在除汞效率不稳定、吸附容量有限以及再生后重复吸附性能不理想的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提高上述复合除汞材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种复合除汞材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)水滑石制备
以镁盐和铁盐为原料配制镁铁混合盐溶液，并配制碱溶液进行混合，加水并调节混合浆液的pH值至弱碱性；随后将所得浆液经搅拌及陈化处理形成镁铁水滑石，经洗涤并干燥后，备用；
(2)水滑石剥层
取步骤(1)制备的水滑石加入至N,N-二甲基甲酰胺溶剂中混匀，经超声处理后进行固液分离，收集固体部分并蒸馏除去DMF溶剂后，经洗涤、干燥、研磨，得到片层剥离后的水滑石固体粉末；
(3)蒙脱石插层
取蒙脱土粉碎并加水混匀，静置分层后收集上层蒙脱土浆液并调节浆液pH值至酸性，经加热絮凝后静置分层，收集絮凝物部分烘干并研磨，得到提纯后的蒙脱石精土；
取蒙脱石精土加水混匀得到蒙脱石浆液，并加入NaCl溶液进行反应，待反应结束后，抽滤去除溶剂并洗涤至无Cl-1为止，产物经干燥、研磨及活化后，得到钠基蒙脱石，并加水分散得到钠基蒙脱石浆液；
分别配置NaOH溶液和三氯化铁溶液，并将所述NaOH溶液缓慢滴加到三氯化铁溶液中进行反应，经老化处理后，快速倒入所述钠基蒙脱石浆液中进行反应，反应物经抽滤并洗涤至无Cl-1为止，干燥即得所需插层蒙脱土，备用；
(4)蒙脱土聚吡咯改性
将步骤(3)所得插层蒙脱土加水混匀，并先后加入FeCl3和吡咯进行改性反应，反应物经洗涤并干燥，得到改性蒙脱石，备用；
(5)插层复合
取步骤(2)制备的水滑石固体粉末和步骤(4)制备的改性蒙脱石混合，加水混匀后进行高剪切分散处理，反应物经洗涤、干燥后进行焙烧处理，得到层状复合材料，研磨后备用；
(6)复合材料巯基改性
将步骤(5)制得的层状复合材料进行巯基改性处理，并将反应物洗涤至pH恒定并进行真空干燥处理，即得所需汞吸附材料。
具体的，所述步骤(1)中：
控制所述镁铁混合盐溶液中，Mg2+浓度为0.6-0.8mol/L，Fe3+浓度为0.15-0.2mol/L；优选的，以Mg(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O为原料配制镁铁混合盐溶液；或者，以镁和铁的氯化物为原料制备；
所述碱溶液为含NaOH和Na2CO3的混合碱溶液，控制所述混合碱溶液中，Na2CO3的浓度为0.3-0.4mol/L，NaOH的浓度为1.5-2mol/L；
控制所述镁铁混合盐溶液、混合碱溶液和水的体积比为1：1：2-1：1：2.5；
所述调节混合浆液pH的步骤中，控制调节pH值9-10；
控制所述搅拌步骤的温度为50-60℃；
控制所述干燥步骤的温度为100-110℃。
具体的，所述步骤(2)中：
所述水滑石与所述N,N-二甲基甲酰胺溶剂的质量比为1：10-1：20；
所述洗涤步骤为无水乙醇洗涤；
所述干燥步骤为110-120℃烘干。
具体的，所述步骤(3)中：
控制所述蒙脱土与水的质量比为0.05-0.2：1；
控制所述蒙脱石精土与水的质量比为0.05-0.2：1；
控制所述NaCl溶液的浓度为0.8-1.2mol/L；
所述钠基蒙脱石与水的料液比为10-20：500-1000；
控制所述NaOH溶液的浓度为0.3-0.5mol/L；
所述钠基蒙脱石与NaOH溶液的料液比为10-20：1800-2200；
控制所述三氯化铁溶液的浓度为0.1-0.3mol/L；
所述钠基蒙脱石与三氯化铁溶液的料液比为10-20：1800-2200；
所述料液比的单位为g/mL；
所述蒙脱石浆液与NaCl溶液反应步骤的温度为60-70℃；
所述活化步骤的温度为100-110℃。
具体的，所述步骤(3)中，所述NaCl溶液共分为两次加入所述蒙脱石浆液中；
第一次加入时，控制所述NaCl溶液与蒙脱石浆液的体积比为1：1-3：1；
第二次加入时，控制第二次加入的NaCl溶液与第一次加入的NaCl溶液的体积比为1：3-1：4。
具体的，所述步骤(4)中：
控制所述插层蒙脱土与水的质量比为0.05-0.2：1；
控制所述插层蒙脱土与FeCl3的质量比为0.9-1.1：1；
控制所述吡咯与插层蒙脱土的质量比为0.06-0.25：1；
控制所述改性反应的温度为25-35℃；
所述洗涤步骤为分别用水和丙酮进行离心洗涤。
具体的，所述步骤(5)中：
所述镁铁水滑石和所述改性蒙脱石的质量比为0.5：1-5：1；而水的添加量以使得所述镁铁水滑石和所述改性蒙脱石能够完全分散为宜；并优选水与这两种固体质量比为3：1-10：1；
控制所述干燥步骤的温度为100-120℃；
控制所述焙烧步骤的温度为250-300℃；
所述研磨步骤为研磨至过200目筛。
具体的，所述步骤(6)中，所述复合材料巯基改性步骤具体包括：将步骤(4)制得的层状复合材料加入至二甲基甲酰胺中，并加入巯基乙酸/巯基乙酸钙盐和NaHSO4·H2O混匀，密封并进行改性反应；随后向反应液中加入含有Na2S·9H2O的乙醇溶液继续反应；反应结束后，将反应物洗涤至pH恒定并进行真空干燥处理，即得所需汞吸附材料；其中：
所述层状复合材料与所述二甲基甲酰胺的料液比为10-20：25-50；
所述层状复合材料与所述巯基乙酸的料液比为10-20：50-100；
所述层状复合材料与所述NaHSO4·H2O的质量比为10-20：0.25-0.50；
所述层状复合材料与所述Na2S·9H2O的质量比为10-20：60-120；
所述乙醇溶液为质量浓度90-95％乙醇溶液；
所述层状复合材料与所述乙醇溶液的料液比为10-20：250-500；
所述料液比的单位为g/mL；
控制所述改性反应的温度为110-130℃；
控制所述真空干燥步骤的温度为35-45℃。
本发明还公开了由所述方法制备得到的复合除汞材料。
本发明还公开了所述的复合除汞材料在废水除汞领域中的应用。
本发明所述复合除汞材料的制备方法，通过制备层间结构可调控的水滑石和聚吡咯改性的蒙脱土为原料，通过N,N-二甲基甲酰胺对水滑石进行剥层分离，使之形成分散的片层结构，并通过对蒙脱土进行酸化、钠化和三氯化铁插层处理以及采用聚吡咯对插层蒙脱土进行改性处理，形成立体多层次空间位阻，提高了改性过程的交换容量；再利用对水滑石和蒙脱土进行复合插层的方式，进一步形成具有空间构域效应的多羟基层状结构复合材料，随后利用该材料特有的多羟基层状结构进行巯基改性，制得可应用于吸附含汞废水中的Hg2+的改性吸附材料。
本发明所述汞吸附材料中，由于水滑石具备层板化学组成以及石极板阳离子种类和数量可调变性，有助于改变材料表面电性，可以通过调变阳离子可以提高其吸附效果，同时因其具有可插层剥层的片层结构，能够利用空间限域效应使吸附过程具有一定选择性，而经过剥层后的水滑石则具有更好的片层结构；而且蒙脱石的立体结构是由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成的2：1型层状晶体结构，自身具备较好的吸附能力，经酸化、钠化和三氯化铁插层处理以及聚吡咯改性后的蒙脱土可形成更多的空间位阻。所述汞吸附材料应用于含汞废水汞吸附过程，吸附出水中汞含量稳定低于5μg/L，汞去除率为93.5-96.3％，吸附容量为6.05-6.1mg/g，具有较好的吸附效率和吸附容量；而所述汞吸附材料在吸附饱和后，可通过0.4mol/L的HCl进行再生重复使用，再生结束后将吸附剂用于含汞废水汞吸附过程，吸附出水中汞含量仍能稳定低于5μg/L，汞去除率为92.7-95.1％，吸附容量为5.73-5.88mg/g，汞吸附性能更佳也更稳定，有效解决了常规汞吸附材料存在汞吸附容量低，再生频繁以及容易失活等问题，适宜于工业推广。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述复合除汞材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)水滑石制备
配制2L Mg(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O的混合镁铁盐溶液，控制溶液中Mg2+的浓度为0.6mol/L、Fe3+的浓度为0.15mol/L；
配制2LNaOH和Na2CO3的混合碱溶液，控制溶液中Na2CO3的浓度为0.3mol/L、NaOH的浓度为1.5mol/L；
在10L反应器中加入4L去离子水后，按照400ml/h的滴加速度将混合镁铁盐溶液和混合碱溶液滴加至反应器中，同时剧烈搅拌，控制反应器中混合搅拌液的pH值为9；滴定完毕后将浆液进行60℃保温搅拌，陈化12h；陈化后将形成的水滑石过滤，再洗涤、过滤反复三次，将滤饼转移到坩埚中，置于干燥箱中105℃干燥12h，产品置于干燥器中备用；
(2)水滑石剥层
按照水滑石：DMF质量比1：10的比例将备用的水滑石加入至DMF中，经超声处理24小时后进行离心分离，收集固体部分并经蒸馏除去DMF溶剂后，用无水乙醇对水滑石洗涤，然后放入烘箱120℃烘干，研磨，得片层剥离后的水滑石固体粉末；
(3)蒙脱石插层
称取蒙脱土原土1kg粉碎至约小于50目，称取碎后原样加到塑料桶中，加入10L去离子水，用搅拌器搅拌30分钟后静置，分层后移出上层的蒙脱土浆液并弃去下层沙石；调节上层蒙脱土浆液的pH值至酸性(pH4-4.5)，然后在电炉上加热絮凝10分钟，并让其在室温下静置一定时间，离心分离除去部分水份和盐份后，烘干并研磨，得到提纯后的蒙脱石精土；
取100g提纯的蒙脱石精土加水1L制得蒙脱石溶液，搅拌后静止，再加入1mol/L的NaCl溶液400ml，于65℃搅拌2h后静止2h；再加入1mol/L的NaCl溶液100ml，于65℃搅拌2h后静止过夜；第二天抽滤用蒸馏水反复洗涤至无Cl-1为止，并于120℃进行干燥后经研磨并过200目后，制得样品于105℃活化1天后，得到钠基蒙脱石；用天平称取10g的钠基蒙脱石放入锥形瓶中，加入500ml蒸馏水，剧烈摇晃锥形瓶使蒙脱石在水中充分分散，得到钠基蒙脱石浆液，留置备用；
分别配置0.4mol/L的NaOH溶液和0.2mol/L的三氯化铁溶液2000ml，将NaOH溶液缓慢滴加到0.2mol/L的三氯化铁溶液，同时剧烈搅拌2-4h，待完成后于室温下老化12h，并快速倒入分散好的钠基蒙脱石浆液，剧烈搅拌4-6h后抽滤，抽滤物用蒸馏水反复洗涤至无Cl-1为止，制的插层蒙脱石，于120℃干燥后备用；
(4)蒙脱土聚吡咯改性
取磨细后插层蒙脱石100g加入至1L去离子水中，机械剧烈搅拌60min后，并缓慢加入FeCl3 100g，然后加入12.5ml吡咯，于30℃下反应3h后，用水和丙酮分别离心洗涤3次后，干燥，得到改性蒙脱石，备用；
(5)插层复合
准确称步骤(2)制备的剥层水滑石固体粉末5g和步骤(4)制备的改性蒙脱石10g，加入至1L去离子水中，采用高剪切分散机剪切60min后，用去离子水离心洗涤3次后，置鼓风干燥箱中110℃干燥，干燥后样品于250℃焙烧4h，得到层状复合材料，快速研磨并过200目筛后，备用；
(6)复合材料巯基改性
将步骤(5)制备的层状复合材料10g加入至50ml二甲基甲酰胺中，机械搅拌20min后，加入100ml巯基乙酸和0.5g NaHSO4·H2O，充分搅拌混匀，密封并在120℃下进行改性反应3h；
继续在反应液中加入含有60g Na2S·9H2O的95％乙醇溶液250mL，继续反应1h；
反应结束后，用去离子水洗涤反应产物至pH恒定后，于40℃真空干燥24h，快速研磨过200目筛，制得所需吸附材料。
取氯碱厂的含汞废水，经测定，废水中汞含量为50μg/L，控制废水流速为3BV/h。以本实施例制得吸附材料进行吸附处理，吸附剂放置于吸附柱里面，废水按照3bv/h的速度通过吸附柱，测定吸附出水汞浓度范围为2.35-3.64μg/L，计算汞去除率范围为93.5-95.8％；以出水汞浓度小于5μg/L作为探针指标，当出水汞浓度大于5μg/L时，吸附材料吸附容量为6.1mg/g。
待吸附剂吸附饱和后，以0.4mol/L的HCl进行再生重复使用，连续再生5次后，测定吸附材料吸附出水汞浓度小于5μg/L，计算汞去除率范围为92.7-94.9％，吸附材料吸附容量仍达到5.88mg/g。
实施例2
本实施例所述复合除汞材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)水滑石制备
配制2L Mg(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O的混合镁铁盐溶液，控制溶液中Mg2+的浓度为0.8mol/L、Fe3+的浓度为0.2mol/L；
配制2L NaOH和Na2CO3的混合碱溶液，控制溶液中Na2CO3的浓度为0.4mol/L、NaOH的浓度为2.0mol/L；
在10L反应器中加入4L去离子水后，按照600ml/h的滴加速度将混合镁铁盐溶液和混合碱溶液滴加至反应器中，同时剧烈搅拌，控制反应器中混合搅拌液的pH值为10；滴定完毕后将浆液进行60℃保温搅拌，陈化12h；陈化后将形成的水滑石过滤，再洗涤、过滤反复三次，将滤饼转移到坩埚中，置于干燥箱中105℃干燥12h，产品置于干燥器中备用；
(2)水滑石剥层
按照水滑石：DMF质量比1：20的比例将备用的水滑石加入至DMF中，经超声处理24小时后进行离心分离，收集固体部分并经蒸馏除去DMF溶剂后，用无水乙醇对水滑石洗涤，然后放入烘箱120℃烘干，研磨，得片层剥离后的水滑石固体粉末；
(3)蒙脱土插层
称取蒙脱土原土2kg粉碎至约小于50目，称取碎后原样加到塑料桶中，加入20L去离子水，用搅拌器搅拌60分钟后静置，分层后移出上层的蒙脱土浆液，并弃去下层沙石；调节上层蒙脱土浆液的pH值至酸性(pH4-4.5)，然后在电炉上加热絮凝15分钟，让其在室温下静置一定时间，离心分离除去部分水份和盐份后，烘干并研磨，得到提纯后的蒙脱石精土；
取100g提纯的蒙脱石精土加水1L制得蒙脱石溶液，搅拌后静止，再加入1mol/L的NaCl溶液400ml，于65℃搅拌2h后静止2h；再加入1mol/L的NaCl溶液100ml，于65℃搅拌2h后静止过夜；第二天抽滤用蒸馏水反复洗涤至无Cl-1为止，并于120℃进行干燥后经研磨并过200目后，制得样品于105℃活化1天后，得到钠基蒙脱石；用天平称取10g的钠基蒙脱石放入锥形瓶中，加入500ml蒸馏水，剧烈摇晃锥形瓶使蒙脱石在水中充分分散，得到钠基蒙脱石浆液，留置备用；
分别配置0.4mol/L的NaOH溶液和0.2mol/L的三氯化铁溶液2000ml，将NaOH溶液缓慢滴加到0.2mol/L的三氯化铁溶液，同时剧烈搅拌2-4h，待完成后于室温下老化12h，并快速倒入分散好的钠基蒙脱石浆液，剧烈搅拌4-6h后抽滤，抽滤物用蒸馏水反复洗涤至无Cl-1为止，制的插层蒙脱石，于120℃干燥后备用；
(4)蒙脱土插层聚吡咯改性
取磨细后插层蒙脱石200g加入至2L去离子水中，机械剧烈搅拌90min后，缓慢加入FeCl3 200g，然后加入25ml吡咯，于30℃下反应4h后，用水和丙酮分别离心洗涤4次后，干燥，得到改性蒙脱石，备用；
(5)插层复合
准确称取步骤(2)制备的剥层水滑石固体粉末20g和步骤(4)备用的改性蒙脱石4g，加入至2L去离子水中，采用高剪切分散机剪切90min后，用去离子水离心洗涤3次后，置鼓风干燥箱中110℃干燥，干燥后样品300℃焙烧4h，得到层状复合材料，快速研磨并过200目筛后，备用；
(6)复合材料巯基改性
将步骤(5)制备的层状复合材料20g加入至25ml二甲基甲酰胺中，机械搅拌20min后，加入50ml巯基乙酸和0.50g NaHSO4·H2O，充分搅拌混匀，密封并在120℃下反应3h；
继续在反应液中加入含有120g Na2S·9H2O的95％乙醇溶液500mL，继续反应1h；
反应结束后，用去离子水洗涤反应产物至pH恒定后，于40℃真空干燥24h，快速研磨过200目筛，制得所需吸附材料。
取氯碱厂的含汞废水，经测定，废水中汞含量为50μg/L，控制废水流速为3BV/h。以本实施例制得吸附材料进行吸附处理，吸附剂放置于吸附柱里面，废水按照3bv/h的速度通过吸附柱，测定吸附出水汞浓度范围为2.07-3.53μg/L，计算汞去除率范围为93.7-96.3％，以出水汞浓度小于5μg/L作为探针指标，当出水汞浓度大于5μg/L时，吸附材料吸附容量为6.05mg/g。
待吸附剂吸附饱和后，以0.4mol/L的HCl进行再生重复使用，连续再生5次后，测定吸附材料吸附出水汞浓度小于5μg/L，计算汞去除率范围为93-95.1％，吸附材料吸附容量仍达到5.73mg/g。
实施例3
本实施例所述应用于废水除汞的吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)水滑石制备
配制2L Mg(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O的混合镁铁盐溶液，控制溶液中Mg2+的浓度为0.7mol/L、Fe3+的浓度为0.18mol/L；
配制2LNaOH和Na2CO3的混合碱溶液，控制溶液中Na2CO3的浓度为0.35mol/L、NaOH的浓度为1.8mol/L；
在10L反应器中加入5L去离子水后，按照500ml/h的滴加速度将混合镁铁盐溶液和混合碱溶液滴加至反应器中，同时剧烈搅拌，控制反应器中混合搅拌液的pH值为9.5；滴定完毕后将浆液进行60℃保温搅拌，陈化12h；陈化后将形成的水滑石过滤，再洗涤、过滤反复三次，将滤饼转移到坩埚中，置于干燥箱中105℃干燥12h，产品置于干燥器中备用；
(2)水滑石剥层
按照水滑石：DMF质量比1：15的比例将备用的水滑石加入至DMF中，经超声处理24小时后进行离心分离，收集固体部分并经蒸馏除去DMF溶剂后，用无水乙醇对水滑石洗涤，然后放入烘箱120℃烘干，研磨，得片层剥离后的水滑石固体粉末；
(3)蒙脱土插层
称取蒙脱土原土2kg粉碎至约小于50目，称取碎后蒙脱石1kg加入10L去离子水，用搅拌器搅拌30分钟后静置，分层后移出上层的蒙脱土浆液并弃去下层沙石；调节上层蒙脱土浆液的pH值至酸性，然后在电炉上加热絮凝10分钟，并让其在室温下静置一定时间，离心分离除去部分水份和盐份后，烘干并研磨，得到提纯后的蒙脱石精土；
取100g提纯的蒙脱石精土加水2L制得蒙脱石溶液，搅拌后静止，再加入1mol/L的NaCl溶液400ml，于65℃搅拌2h后静止2h；再加入1mol/L的NaCl溶液100ml，于65℃搅拌2h后静止过夜；第二天抽滤用蒸馏水反复洗涤至无Cl-1为止，并于120℃进行干燥后经研磨并过200目后，制得样品于110℃活化1天后，得到钠基蒙脱石；用天平称取20g的钠基蒙脱石放入锥形瓶中，加入1000ml蒸馏水，剧烈摇晃锥形瓶使蒙脱石在水中充分分散，得到钠基蒙脱石浆液，留置备用；
分别配置0.45mol/L的NaOH溶液和0.22mol/L的三氯化铁溶液2000ml，将NaOH溶液缓慢滴加到三氯化铁溶液，同时剧烈搅拌2-4h，待完成后于室温下老化12h，并快速倒入分散好的钠基蒙脱石浆液，剧烈搅拌4-6h后抽滤，抽滤物用蒸馏水反复洗涤至无Cl-1为止，制的插层蒙脱石，于120℃干燥后备用；
(4)蒙脱土聚吡咯改性
取磨细后蒙脱石精土100g加入至1L去离子水中，机械剧烈搅拌60min后，并缓慢加入FeCl3 100g，然后加入12.5ml吡咯，于30℃下反应3h后，用水和丙酮分别离心洗涤3次后，干燥，得到改性蒙脱石，备用；
(5)插层复合
准确称步骤(2)制备的剥层水滑石固体粉末15g和步骤(4)制备的改性蒙脱石5g，加入至1L去离子水中，采用高剪切分散机剪切60min后，用去离子水离心洗涤3次后，置鼓风干燥箱中110℃干燥，干燥后样品于250℃焙烧4h，得到层状复合材料，快速研磨并过200目筛后，备用；
(6)复合材料巯基改性
将步骤(5)制备的层状复合材料15g加入至40ml二甲基甲酰胺中，机械搅拌20min后，加入80ml巯基乙酸和0.4g NaHSO4·H2O，充分搅拌混匀，密封并在120℃下进行改性反应3h；
继续在反应液中加入含有90g Na2S·9H2O的95％乙醇溶液400mL，继续反应1h；
反应结束后，用去离子水洗涤反应产物至pH恒定后，于40℃真空干燥24h，快速研磨过200目筛，制得所需吸附材料。
对比例1
本对比例方案按照现有文献《巯基聚苯乙烯树脂对FGD系统中Hg2+的脱除性能》提供的方法制备巯基聚苯乙烯树脂。
将该树脂应用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在实施例2相同条件下测定吸附出水汞浓度4.78μg/L，吸附容量1.57mg/g。
树脂吸附饱和后采用6mol/L的盐酸和去离子水交替再生，再生后的树脂应用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，吸附出水汞浓度22μg/L，吸附效果显著降低。
对比例2
本对比例方案以实施例2中仅仅经过步骤(1)制备的镁铁水滑石应用于氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度35μg/L，汞去除效果差。
对比例3
本对比例方案以实施例2中仅仅经过步骤(1)和步骤(2)制备的剥层后的镁铁水滑石应用于氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度33μg/L，汞去除效果差。
对比例4
本对比例方案以实施例2中仅仅经过步骤(3)和(4)制备的经吡咯改性的蒙脱石单独应用于氯碱厂含汞废水，在相同实验条件下，经检测，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，吸附出水汞浓度38μg/L，汞去除效果差。
对比例5
本对比例所述汞吸附材料方案与实施例2相同，其区别仅在于：所述步骤(4)中，直接以步骤(2)制备的镁铁水滑石12g和步骤(4)制备的经吡咯改性的蒙脱石2g加入2L去离子水中，采用高剪切分散机剪切90min后，用去离子水离心洗涤3次后，置鼓风干燥箱中110℃干燥，干燥后样品300℃焙烧4h。将冷却后样品20g加入至25ml二甲基甲酰胺中，机械搅拌20min后，加入50ml巯基乙酸和0.50g NaHSO4·H2O，充分搅拌混匀，密封在120℃下反应3h；在反应液中加入含有120g Na2S·9H2O的95％乙醇溶液500mL，继续反应1h；用去离子水洗涤反应产物至pH恒定后，40℃真空干燥24h，快速研磨过200目筛备用。
将该吸附剂用于氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度4.1μg/L，当出水汞浓度大于5μg/L时，吸附材料吸附容量为1.08mg/g，再生一次后，吸附出水汞浓度6.9μg/L，汞吸附容量低，再生后吸附效果差。
对比例6
本对比例所述汞吸附材料方案与实施例2相同，其区别仅在于：所述步骤(4)中，将步骤(2)制备的镁铁水滑石4g和步骤(2)制备的经吡咯改性的蒙脱石10g的比例，加入2L去离子水中，采用高剪切分散机剪切90min后，用去离子水离心洗涤3次后，置鼓风干燥箱中110℃干燥，干燥后样品300℃焙烧4h。将冷却后样品10g加入至50ml二甲基甲酰胺中，机械搅拌20min后，加入100ml巯基乙酸和0.5g NaHSO4·H2O，充分搅拌混匀，密封，在120℃下反应3h；在反应液中加入含有60g Na2S·9H2O的95％乙醇溶液250mL，继续反应1h；用去离子水洗涤反应产物至pH恒定后，40℃真空干燥24h，快速研磨过200目筛制得汞吸附材料。
将该吸附剂用于氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度4.8μg/L，汞去除效果差。
对比例7
本对比例方案将碘值1000的活性炭用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度11.8μg/L，汞去除效果差。
对比例8
本对比例方案将海泡石用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度19.4μg/L，汞去除效果差。
对比例9
本对比例方案将海泡石20g加入至25ml二甲基甲酰胺中，机械搅拌20min后，加入50ml巯基乙酸和0.50g NaHSO4·H2O，充分搅拌混匀，密封在120℃下反应3h；在反应液中加入含有120g Na2S·9H2O的95％乙醇溶液500mL，继续反应1h；用去离子水洗涤反应产物至pH恒定后，40℃真空干燥24h，快速研磨过200目筛备用。
将该吸附材料用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度6.6μg/L，汞去除效果差。
对比例10
本对比例方案将SBA-15分子筛用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度21.5μg/L，汞去除效果差。
对比例11
本对比例方案将ZSM-5分子筛用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度16.2μg/L，汞去除效果差。
对比例12
本对比例方案采用中国专利CN109092243A中提供的方案制备汞吸附材料，并将其应用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度8.3μg/L，汞去除效果差。经检测，吸附饱和后其吸附容量为1.6mg/g，吸附容量较低。利用0.4mol/L的盐酸对吸附材料进行再生后，应用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为50μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度47μg/L，基本不再具备吸附效果。
对比例13
本对比例方案采用中国专利CN109529781A提供的方案制备汞吸附材料，并将其应用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为56μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度5.9μg/L，汞去除效果差。经检测，吸附饱和后其吸附容量为1.2mg/g，吸附容量较低。利用0.4mol/L的盐酸对吸附材料进行再生后，应用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为56μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度54.3μg/L，基本不再具备吸附效果。
对比例14
本对比例方案以实施例2中仅仅经过步骤(1)-(5)制备的层状键合材料直接应用于氯碱厂含汞废水的吸附处理，废水中汞含量为56μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度19.4μg/L，汞去除效果差。利用0.4mol/L的盐酸对吸附材料进行再生后，应用于吸附氯碱厂含汞废水，废水中汞含量为56μg/L，废水流速为3BV/h，在相同实验条件下，经检测，吸附出水汞浓度31.8μg/L，汞去除效果差。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种复合除汞材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)水滑石制备
以镁盐和铁盐为原料配制镁铁混合盐溶液，并配制碱溶液进行混合，加水并调节混合浆液的pH值至弱碱性；随后将所得浆液经搅拌及陈化处理形成镁铁水滑石，经洗涤并干燥后，备用；
(2)水滑石剥层
取步骤(1)制备的水滑石加入至N,N-二甲基甲酰胺溶剂中混匀，经超声处理后进行固液分离，收集固体部分并蒸馏除去DMF溶剂后，经洗涤、干燥、研磨，得到片层剥离后的水滑石固体粉末；
(3)蒙脱石插层
取蒙脱土粉碎并加水混匀，静置分层后收集上层蒙脱土浆液并调节浆液pH值至酸性，经加热絮凝后静置分层，收集絮凝物部分烘干并研磨，得到提纯后的蒙脱石精土；
取蒙脱石精土加水混匀得到蒙脱石浆液，并加入NaCl溶液进行反应，待反应结束后，抽滤去除溶剂并洗涤至无Cl-1为止，产物经干燥、研磨及活化后，得到钠基蒙脱石，并加水分散得到钠基蒙脱石浆液；
分别配置NaOH溶液和三氯化铁溶液，并将所述NaOH溶液缓慢滴加到三氯化铁溶液中进行反应，经老化处理后，快速倒入所述钠基蒙脱石浆液中进行反应，反应物经抽滤并洗涤至无Cl-1为止，干燥即得所需插层蒙脱土，备用；
(4)蒙脱土聚吡咯改性
将步骤(3)所得插层蒙脱土加水混匀，并先后加入FeCl3和吡咯进行改性反应，反应物经洗涤并干燥，得到改性蒙脱石，备用；
(5)插层复合
取步骤(2)制备的水滑石固体粉末和步骤(4)制备的改性蒙脱石混合，加水混匀后进行高剪切分散处理，反应物经洗涤、干燥后进行焙烧处理，得到层状复合材料，研磨后备用；
(6)复合材料巯基改性
将步骤(5)制得的层状复合材料进行巯基改性处理，并将反应物洗涤至pH恒定并进行真空干燥处理，即得所需汞吸附材料。
2.根据权利要求1所述的复合除汞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中：
控制所述镁铁混合盐溶液中，Mg2+浓度为0.6-0.8mol/L，Fe3+浓度为0.15-0.2mol/L；
所述碱溶液为含NaOH和Na2CO3的混合碱溶液，控制所述混合碱溶液中，Na2CO3的浓度为0.3-0.4mol/L，NaOH的浓度为1.5-2mol/L；
控制所述镁铁混合盐溶液、混合碱溶液和水的体积比为1：1：2-1：1：2.5；
所述调节混合浆液pH的步骤中，控制调节pH值9-10；
控制所述搅拌步骤的温度为50-60℃；
控制所述干燥步骤的温度为100-110℃。
3.根据权利要求1或2所述的复合除汞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中：
所述水滑石与所述N,N-二甲基甲酰胺溶剂的质量比为1：10-1：20；
所述洗涤步骤为无水乙醇洗涤；
所述干燥步骤为110-120℃烘干。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合除汞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中：
控制所述蒙脱土与水的质量比为0.05-0.2：1；
控制所述蒙脱石精土与水的质量比为0.05-0.2：1；
控制所述NaCl溶液的浓度为0.8-1.2mol/L；
所述钠基蒙脱石与水的料液比为10-20：500-1000；
控制所述NaOH溶液的浓度为0.3-0.5mol/L；
所述钠基蒙脱石与NaOH溶液的料液比为10-20：1800-2200；
控制所述三氯化铁溶液的浓度为0.1-0.3mol/L；
所述钠基蒙脱石与三氯化铁溶液的料液比为10-20：1800-2200；
所述料液比的单位为g/mL；
所述蒙脱石浆液与NaCl溶液反应步骤的温度为60-70℃；
所述活化步骤的温度为100-110℃。
5.根据权利要求4所述的复合除汞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述NaCl溶液共分为两次加入所述蒙脱石浆液中；
第一次加入时，控制所述NaCl溶液与蒙脱石浆液的体积比为1：1-3：1；
第二次加入时，控制第二次加入的NaCl溶液与第一次加入的NaCl溶液的体积比为1：3-1：4。
6.根据权利要求1-5任一项所述的复合除汞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中：
控制所述插层蒙脱土与水的质量比为0.05-0.2：1；
控制所述插层蒙脱土与FeCl3的质量比为0.9-1.1：1；
控制所述吡咯与插层蒙脱土的质量比为0.06-0.25：1；
控制所述改性反应的温度为25-35℃；
所述洗涤步骤为分别用水和丙酮进行离心洗涤。
7.根据权利要求1-6任一项所述的复合除汞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中：
所述镁铁水滑石和所述改性蒙脱石的质量比为0.5：1-5：1；
控制所述干燥步骤的温度为100-120℃；
控制所述焙烧步骤的温度为250-300℃；
所述研磨步骤为研磨至过200目筛。
8.根据权利要求1-7任一项所述的复合除汞材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述复合材料巯基改性步骤具体包括：将步骤(4)制得的层状复合材料加入至二甲基甲酰胺中，并加入巯基乙酸/巯基乙酸钙盐和NaHSO4·H2O混匀，密封并进行改性反应；随后向反应液中加入含有Na2S·9H2O的乙醇溶液继续反应；反应结束后，将反应物洗涤至pH恒定并进行真空干燥处理，即得所需汞吸附材料；其中：
所述层状复合材料与所述二甲基甲酰胺的料液比为10-20：25-50；
所述层状复合材料与所述巯基乙酸的料液比为10-20：50-100；
所述层状复合材料与所述NaHSO4·H2O的质量比为10-20：0.25-0.50；
所述层状复合材料与所述Na2S·9H2O的质量比为10-20：60-120；
所述乙醇溶液为质量浓度90-95％乙醇溶液；
所述层状复合材料与所述乙醇溶液的料液比为10-20：250-500；
所述料液比的单位为g/mL；
控制所述改性反应的温度为110-130℃；
控制所述真空干燥步骤的温度为35-45℃。
9.由权利要求1-8任一项所述方法制备得到的复合除汞材料。
10.权利要求9所述的复合除汞材料在废水除汞领域中的应用。
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