CN113070047B - 一种功能化矿物材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功能化矿物材料及其制备方法和应用，该功能化矿物材料的制备方包括以下步骤：将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，搅拌均匀后，置于反应釜中进行水热反应，得到中间产物；将中间产物加入至表面改性剂中进行表面改性即得功能化矿物材料。本发明的功能化矿物材料的制备方法，由铁盐、醋酸盐和高分子聚合物和有机溶剂在反应釜中进行水热反应生成Fe3O4磁性纳米粒子，能够实现固液分离，对吸附染料后的材料进行回收；本发明制备得到的功能化矿物材料，具有孔径大，比表面积大，活性位点多等优点，因此可分别快速去除污水中的染料和重金属离子，且具有高的饱和吸附量，明显高于现有技术中吸附剂的吸附效果。

Description

一种功能化矿物材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种功能化矿物材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国的人口不断增长，社会经济飞速发展，我国的环境污染问题也越来越严重，其中水体污染问题尤为突出。我国淡水资源虽然总量庞大，但人均占有量却是非常有限，人均水资源只达到世界人均水资源的1/4，全国大约有一半的城市缺水，水体的污染和恶化使得水资源短缺的问题更加严重。工业污水不经处理即排入河流、湖泊，将对附近的人类、农作物以及动植物造成巨大的危害。纺织、服装、印染和皮革等行业会产生大量染料污水，染料污水具有排放量大、成分复杂、色度较深并且存在一定毒性等特点，并且染料废水中偶氮类染料占相当大比重，这类染料是性质稳定且难以降解的有机物，若将其未经处理直接排放到湖泊河流中，将会对水质和水中的水生生物造成严重威胁。除了染料污水外，重金属离子污水也是水体污染的重要来源。矿产开采、有色金属冶炼、电镀、冶金工业和电子产品生产等行业在生产过程中会产生大量重金属离子废水，重金属离子具有难降解、毒性大、易富集和危害持续时间长等特点，一旦重金属离子污水不经处理直接排入河流、湖泊中，将会毒害其中的水生生物，而且被这些污水浇灌过的农作物亦将受到毒害，这些重金属离子污水中的重金属离子能通过饮用水或者食物链进入人体内，严重危害了人体的身体健康和工农业生产。
目前污水处理的方法主要有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、电解法、吸附法、以及生物法。吸附法是指将比表面积较大的多孔材料或者具有选择性吸附基团的材料作为吸附剂，使废水与吸附剂混合，进而达到污染物质(吸附质)在吸附剂表面聚集的目的，再利用沉淀或者筛选的方式来处理印染废水的方法。这种方法不仅能成功且高效地净化废水，而且还能实现废物的回收利用。由于吸附法具有方法简单，成本较低，处理效率高，能回收污染物等优点，因此广泛应用于脱色、吸湿和除臭等众多领域。
过去的研究中常见吸附材料有膨润土、活性炭、农作物秸秆、木质素、壳聚糖、高岭土、沸石等天然材料以及碳基材料、氧化硅等后天合成类材料，但普遍存在孔径小、比表面积小、活性基团少和难以固液分离的问题，使其工业化应用受到限制。
基于目前的吸附材料存在的技术缺陷，有必要对此进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种功能化矿物材料及其制备方法和应用，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种功能化矿物材料的制备方法，包括以下步骤：
将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，搅拌均匀后，然后置于反应釜中进行水热反应，得到中间产物；
将中间产物加入至表面改性剂中进行表面改性即得功能化矿物材料。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述表面改性剂包括聚乙烯亚胺溶液或3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述铁盐包括FeCl3；
和/或，所述醋酸盐包括醋酸钠；
和/或，所述高分子聚合物为聚乙二醇；
和/或，所述有机溶剂为乙二醇。
进一步优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述聚乙烯亚胺溶液的体积浓度为3～8％；
和/或，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液的体积浓度为3～8％。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，所述凹凸棒、所述铁盐、所述醋酸盐和所述高分子聚合物的质量比为(0.8～1.2):(1.2～1.6):(3.2～3.8):(0.8～1.2)；
和/或，所述凹凸棒与所述有机溶剂的质量体积比为1g:(30～50)ml。
和/或，所述中间产物与所述表面改性剂的质量体积比为1g:(10～30)ml。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述的功能化矿物材料的制备方法，将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，于50～70℃下搅拌20～40min，然后再于室温下超声分散20～40min，再置于反应釜中于180～220℃下水热反应18～30h，得到中间产物。
第二方面，本发明还提供了一种功能化矿物材料，采用所述的制备方法制备得到。
第三方面，本发明还提供了一种所述的功能化矿物材料作为吸附剂在去除污水中染料和重金属离子中的应用。
第四方面，本发明还提供了一种所述的功能化矿物材料除去污水中染料的方法，包括以下步骤：
将含染料的待处理污水的pH值调节至3～11，然后将所述的功能化矿物材料加入到待处理污水中，在20～40℃条件下恒温振荡吸附5min～24h，吸附完毕后，过滤后分离。
第五方面，本发明还提供了一种所述的功能化矿物材料除去污水中重金属离子的方法，包括以下步骤：
将含重金属离子的待处理污水的pH值调节至2～5，然后将所述的功能化矿物材料加入到待处理污水中，在20～50℃条件下恒温振荡吸附5min～12h，吸附完毕后，过滤后分离。
本发明的一种功能化矿物材料及其制备方法相对于现具有以下有益效果：
(1)本发明的功能化矿物材料的制备方法，由铁盐、醋酸盐和高分子聚合物和有机溶剂在反应釜中进行水热反应生成Fe3O4磁性纳米粒子，然后附着在凹凸棒表面，得到中间产物，再通过凹凸棒表面的羟基(-OH)与聚乙烯亚胺(PEI)中的胺基(-NH2)形成氢键将聚乙烯亚胺吸附在凹凸棒表面，实现了凹凸棒的表面改性，引入了大量新的官能团且使其拥有了磁性，从而达到提高凹凸棒材料吸附性能、容易固液分离的目的；或者，通过凹凸棒表面的羟基(-OH)与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)发生脱水缩合反应而将3-氨丙基三乙氧基硅烷接枝到凹凸棒表面，实现了凹凸棒的表面改性，引入了大量新的官能团且使其拥有了磁性，从而达到提高凹凸棒材料吸附性能、容易固液分离的目的；
(2)本发明制备得到的功能化矿物材料，具有孔径大，比表面积大，活性位点多等优点，因此可分别快速去除污水中的染料和重金属离子，且具有高的饱和吸附量，明显高于现有技术中吸附剂的吸附效果；
(3)本发明制备得到的功能化矿物材料，具有优良的吸附量，对刚果红的去除量在5600mg/g左右；对铅离子的吸附容量在130mg/g左右。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的功能化矿物材料的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1～2中制备得到的功能化矿物材料的FT-IR图谱；
图3为凹凸棒土的扫描电子显微镜图；
图4为本发明实施例1中制备得到的功能化矿物材料的扫描电子显微镜图；
图5为本发明实施例2中制备得到的功能化矿物材料的扫描电子显微镜图；
图6为本发明实施例1～2中制备得到的功能化矿物材料、凹凸棒土和中间产物对刚果红去除效果图；
图7为本发明实施例1中制备得到的功能化矿物材料在不同pH值条件下对刚果红去除效果图；
图8为本发明实施例1中制备得到的功能化矿物材料在不同温度条件下对刚果去除效果图；
图9为本发明实施例1中制备得到的功能化矿物材料在不同初始浓度条件下对刚果去除效果图；
图10为本发明实施例1～2中制备得到的功能化矿物材料、凹凸棒土和中间产物对铅离子吸附性能图；
图11为本发明实施例2中制备得到的功能化矿物材料在不同pH值条件下对铅离子吸附性能图；
图12为本发明实施例2中制备得到的功能化矿物材料在不同温度条件下对铅离子吸附性能图；
图13为本发明实施例2中制备得到的功能化矿物材料在不同初始浓度条件下对铅离子吸附性能图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种功能化矿物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，搅拌均匀后，然后置于反应釜中进行水热反应，得到中间产物；
S2、将中间产物加入至表面改性剂中进行表面改性即得功能化矿物材料。
在一些实施例中，表面改性剂包括聚乙烯亚胺溶液或3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液。
需要说明的是，本申请实施例中凹凸棒土(ATP)又称坡缕石，是一种层链状结构的含水镁铝硅酸盐矿物，硅氧四面体双链构成其晶体的基本单位，各个链间以氧原子为节点相互连接，硅氧四面体中的自由氧原子以每四个一组的形式上下交替地排列着，从而使片状的四面体在链间被连续地连接，最终构成链层状的硅酸盐，其具有内部疏松多孔、比表面积较大、密度低、粘结性好和吸附力强等优点。
本发明的功能化矿物材料的制备方法，由铁盐、醋酸盐和高分子聚合物和有机溶剂在反应釜中进行水热反应生成Fe3O4磁性纳米粒子，然后附着在凹凸棒表面，得到中间产物，再通过凹凸棒表面的羟基(-OH)与聚乙烯亚胺(PEI)中的胺基(-NH2)形成氢键将聚乙烯亚胺吸附在凹凸棒表面，实现了凹凸棒的表面改性，引入了大量新的官能团且使其拥有了磁性，从而达到提高凹凸棒材料吸附性能、容易固液分离的目的；或者，通过凹凸棒表面的羟基(-OH)与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)发生脱水缩合反应而将3-氨丙基三乙氧基硅烷接枝到凹凸棒表面，实现了凹凸棒的表面改性，引入了大量新的官能团且使其拥有了磁性，从而达到提高凹凸棒材料吸附性能、容易固液分离的目的。
具体的，图1中显示了本申请的功能化矿物材料制备方法，其中ATP即凹凸棒土，凹凸棒土经过反应后生成中间产物1；中间产物1与聚乙烯亚胺(PEI)反应生成一种功能化矿物材料3，其中2为凹凸棒表面的羟基(-OH)与聚乙烯亚胺(PEI)中的胺基(-NH2)形成的氢键；中间产物1与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)反应生成另一种功能化矿物材料4。
在一些实施例中，铁盐包括FeCl3、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3等；醋酸盐包括醋酸钠、醋酸钾、醋酸锌等；高分子聚合物为聚乙二醇；有机溶剂为乙二醇。
在一些实施例中，聚乙烯亚胺溶液的体积浓度为3～8％，聚乙烯亚胺溶液指的是聚乙烯亚胺溶于水后形成的聚乙烯亚胺水溶液；
3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液的体积浓度为3～8％，3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液指的是3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于水后形成的3-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液。
在一些实施例中，凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物的质量比为(0.8～1.2):(1.2～1.6):(3.2～3.8):(0.8～1.2)；
凹凸棒与有机溶剂的质量体积比为1g:(30～50)ml。
中间产物与表面改性剂的质量体积比为1g:(10～30)ml。
在一些实施例中，将凹凸棒、铁盐、醋酸盐和高分子聚合物加入至有机溶剂中，于50～70℃下搅拌20～40min，然后再于室温下超声分散20～40min，再置于反应釜中于180～220℃下水热反应18～30h，反应结束后，离心分离、洗涤、冷冻干燥，即得中间产物；具体的，于2800～3200rpm速率下离心8～12min；洗涤具体为：先用无水乙醇洗涤3次、再用去离子水洗涤3次；冷冻干燥具体为：在冷冻干燥机中冷冻干燥40～50h。
在一些实施例中，将中间产物加入至表面改性剂中室温下搅拌1～2h，然后离心分离、洗涤、冷冻干燥后得到功能化矿物材料；具体的，于2800～3200rpm速率下离心8～12min；洗涤具体为：先用无水乙醇洗涤3次、再用去离子水洗涤3次；冷冻干燥具体为：在冷冻干燥机中冷冻干燥40～50h。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种功能化矿物材料，采用上述的制备方法制备得到。
基于同一发明构思，本发明还提供了上述制备方法制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在去除污水中染料和重金属离子中的应用。
在一些实施例中，上述制备方法制备得到的功能化矿物材料对污水中刚果红的除去效果最好。
基于同一发明构思，本发明还提供了上述制备方法制备得到的功能化矿物材料除去污水中染料的方法，包括以下步骤：
将含染料的待处理污水的pH值调节至3～11，然后将所述的功能化矿物材料加入到待处理污水中，在20～40℃条件下恒温振荡吸附5min～24h，吸附完毕后，过滤后分离，得到澄清液，即完成待处理污水中的染料的除去。
在一些实施例中，待处理污水中染料的浓度为50～5000mg/L。
在一些实施例中，功能化矿物材料的加入量为每升待处理污水加入0.33g。
基于同一发明构思本发明还提供了上述制备方法制备得到的功能化矿物材料除去污水中重金属离子的方法，包括以下步骤：
将含重金属离子的待处理污水的pH值调节至2～5，然后将所述的功能化矿物材料加入到待处理污水中，在20～50℃条件下恒温振荡吸附5min～12h，吸附完毕后，过滤后分离，得到澄清液，即完成待处理污水中的重金属离子的除去；具体地，当上述待处理污水的pH值高于5时，本发明应用吸附涉及的重金属离子会由于自身生成氢氧化物沉淀，这种情况下的功能化矿物材料对重金属离子的去除效率将会受到影响。
以下进一步以具体实施例说明本申请的功能化矿物材料的制备方法和应用。
实施例1
本申请实施例提供了一种功能化矿物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1.0g的凹凸棒土(ATP)、1.35g的FeCl3·6H2O、3.6g的醋酸钠和1.0g的聚乙二醇加入至40ml的乙二醇中，先在温度为60℃、搅拌速率为500rpm的智能磁力搅拌器中磁力搅拌30min，再在室温条件下放入功率为1400W的超声波清洗器中超声分散30min；然后置于反应釜中，于200℃条件下反应24h，将反应产物离心分离并用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，随后冷冻干燥48h，获得中间产物；
S2、取2.0g步骤S1中制备得到的中间产物，然后加入40ml体积浓度为5％的聚乙烯亚胺水溶液，然后在室温下放入搅拌速率为500rpm的智能磁力搅拌器中磁力中搅拌1h，得到悬浮液；再将悬浮液于3000rpm下离心10min，离心产物用无水乙醇和超纯水分别洗涤三次，随后冷冻干燥48h，即得功能化矿物材料。
实施例2
本申请实施例提供了一种功能化矿物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1.0g的凹凸棒土(ATP)、1.35g的FeCl3·6H2O、3.6g的醋酸钠和1.0g的聚乙二醇加入至40ml的乙二醇中，先在温度为60℃、搅拌速率为500rpm的智能磁力搅拌器中磁力搅拌30min，再在室温条件下放入功率为1400W的超声波清洗器中超声分散30min；然后置于反应釜中，于200℃条件下反应24h，将反应产物离心分离并用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，随后冷冻干燥48h，获得中间产物；
S2、取2.0g步骤S1中制备得到的中间产物，然后加入40ml体积浓度为5％的3-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液，然后在室温下放入搅拌速率为500rpm的智能磁力搅拌器中磁力中搅拌1h，得到悬浮液；再将悬浮液于3000rpm下离心10min，离心产物用无水乙醇和超纯水分别洗涤三次，随后冷冻干燥48h，即得功能化矿物材料。
图2显示了凹凸棒土(ATP)、实施例1中制备得到的功能化矿物材料和实施例2中制备得到的功能化矿物材料的FT-IR图谱；图2中a为实施例1制备得到的功能化矿物材料、b为实施例2制备得到的功能化矿物材料。
从图2可知，表面改性后得到的功能化矿物材料出现了Fe-O伸缩振动峰和N-H伸缩振动峰，说明成功合成了具有磁性的功能化的凹凸棒功能化矿物材料。
图3～5显示了凹凸棒土(ATP)、实施例1中制备得到的功能化矿物材料和实施例2中制备得到的功能化矿物材料的表面形貌图。
从图3～5中比较可以看出，Fe3O4纳米颗粒已经附着在凹凸棒土(ATP)表面，但未对ATP纳米棒完全覆盖。ATP表面被一层白色物质所覆盖，但表面结构未发生变化，说明成功合成了具有磁性的功能化的凹凸棒功能化矿物材料。
以下进一步说明本申请制备得到的功能化矿物材料对刚果红去除量(Removalcapacity)、刚果红去除率(Removal rate)和铅离子吸附容量(Adsorption capacity)、铅离子去除率(Removal rate)。刚果红去除量是指单位质量的功能化矿物材料通过吸附和降解去除刚果红的质量；铅离子吸附容量是指单位质量的功能化矿物材料吸附铅离子的质量。
其中，刚果红去除量(mg/g)＝(反应前刚果红浓度-反应后刚果红浓度)×污水体积/吸附剂加入量。
刚果红去除率＝(反应前刚果红浓度-反应后刚果红浓度)/反应前刚果红浓度×100％。
上述计算方法中，反应后刚果红浓度(即吸附后的污水中刚果红的浓度)可用紫外可见分光光度计来测量。
铅离子吸附容量(mg/g)＝(反应前铅离子浓度-反应后铅离子浓度)×污水体积/吸附剂加入量。
铅离子去除率＝(反应前铅离子浓度-反应后铅离子浓度)/反应前铅离子浓度×100％。
上述计算方法中，反应后铅离子浓度(即吸附后的污水中铅离子的浓度)可用等离子体发射光谱仪来测量，在实际应用中反应前铅离子浓度(即吸附前的污水中铅离子的浓度)也可用等离子体发射光谱仪来测量。
应用实施例1
本应用实施例提供了凹凸棒土(ATP)、实施例1中生成的中间产物、实施例1中制备得到的功能化矿物材料和实施例2中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在相同实验条件下对刚果红去除效果的对比研究。
具体的，在4个样品瓶中分别加入pH值为3的15mL的600mg/L的刚果红溶液，然后分别向这4个样品瓶中加入0.005g的凹凸棒土(ATP)、实施例1中生成的中间产物、实施例1中制备得到的功能化矿物材料和实施例2中制备得到的功能化矿物材料；再放入摇床中，于25℃条件下恒温振荡吸附1h，吸附后将混合溶液在5000rpm条件下离心10min，取上清液，用紫外可见分光光度计测量上清液刚果红的浓度，并进行吸附量计算，具体结果如图6所示。图6中ATP表示凹凸棒土，ATP-Fe3O4表示实施例1中生成的中间产物，ATP-Fe3O4-PEI为实施例1中制备得到的功能化矿物材料、ATP-Fe3O4-APTES为实施例2中制备得到的功能化矿物材料。
从图6中可以看出，凹凸棒土(ATP)的去除量为468.49mg/g，实施例1中生成的中间产物的去除量为508.34mg/g，实施例1中制备得到的功能化矿物材料的去除量为1765.16mg/g，实施例2中制备得到的功能化矿物材料的去除量为1389.88mg/g，由此可知，实施例1～2中制备得到的功能化矿物材料对刚果红有优良的吸附性能。
应用实施例2
本应用实施例提供了实施例1中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在不同pH值条件下对刚果红去除效果的研究。
具体的，在5个样品瓶中分别加入pH值为3、5、7、9和11的15mL的200mg/L的刚果红溶液，然后分别向这5个样品瓶中加入0.005g本实施例1中制备得到的功能化矿物材料。分别放入摇床中，于40℃条件下恒温振荡吸附6h。吸附后将混合溶液在5000rpm条件下离心10min，取上清液，用紫外可见分光光度计测量上清液刚果红的浓度，并进行去除量和去除率的计算，具体结果如图7所示。
从图7中可知，当实施例1中制备得到的功能化矿物材料在酸性环境中时，材料表面电负性较弱，由于表面胺基或羟基的质子化而具有较强的正电性。而刚果红分子中的基团-SO3Na会水解为带负电荷的离子，因此在酸性条件下，刚果红中的-SO3 -与质子化胺基之间的静电吸引作用力会促进吸附进行。除此之外，Fe3O4粒子使材料表面正电性更强，增强了材料对刚果红染料分子的静电吸引作用，并且吸附剂与刚果红分子间能形成氢键，同样增大了吸附剂对刚果红的去除量。随着pH的升高，材料表面胺基质子化程度降低，材料电负性增强，静电排斥作用会降低材料对染料分子的吸附。同时，溶液中出现大量OH-与刚果红发生竞争吸附，导致材料对刚果红的去除效果减弱。
应用实施例3
本应用实施例提供了实施例1中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在不同温度条件下对刚果红去除效果的研究。
具体的，在7个样品瓶中分别加入15mL pH＝3的200mg/L的刚果红溶液，然后分别向这7个样品瓶中加入0.005g本实施例1中制备得到的功能化矿物材料。分别放入温度为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃的摇床中，振荡吸附1h。吸附后将混合溶液在5000rpm条件下离心10min，取上清液，用紫外可见分光光度计测量上清液刚果红的浓度，并进行去除量和去除率的计算，具体结果如图8所示。
从图8中可以看出，随着温度的升高，功能化矿物材料对刚果红的去除量基本保持不变，说明温度对吸附过程没有影响，该吸附过程是物理吸附，吸附过程中既不吸热，也不放热。
应用实施例4
本应用实施例提供了实施例1中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在不同初始浓度条件下对刚果红吸附效果的研究。
具体的，在12个样品瓶中加入15mL pH＝3的刚果红溶液，浓度分别为50mg/L、100mg/L、200mg/L、400mg/L、600mg/L、800mg/L、1000mg/L、1500mg/L、2000mg/L、3000mg/L、4000mg/L、5000mg/L，然后分别向这12个样品瓶中加入0.005g本实施例1中制备得到的功能化矿物材料。常温下振荡吸附1h。吸附后将混合溶液在5000rpm条件下离心10min，取上清液，用紫外可见分光光度计测量上清液刚果红的浓度，并进行去除量和去除率的计算，具体结果如图9所示。
从图9中可以看出，实施例1中制备得到的功能化矿物材料对刚果红的去除量可达5623mg/g。
应用实施例5
本应用实施例提供了凹凸棒土(ATP)、实施例1中生成的中间产物、实施例1中制备得到的功能化矿物材料和实施例2中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在相同实验条件下对铅离子吸附效果的对比研究。
具体的，在4个样品瓶中分别加入pH值为5的15mL的50mg/L的铅离子溶液，然后分别向这4个样品瓶中加入0.005g的凹凸棒土(ATP)、实施例1中生成的中间产物、实施例1中制备得到的功能化矿物材料和实施例2中制备得到的功能化矿物材料。放入摇床中，25℃条件下恒温振荡吸附3h。吸附后静置10min，取上清液稀释，用等离子体发射光谱仪测量上清液铅离子的浓度，并进行吸附量计算，具体结果如图10所示。图10中a为凹凸棒土(ATP)、b为实施例1中生成的中间产物、c为实施例1中制备得到的功能化矿物材料、d为实施例2中制备得到的功能化矿物材料。
从图10中可以看出，凹凸棒土(ATP)的吸附容量为50.60mg/g，实施例1中生成的中间产物的吸附容量为44.66mg/g，实施例1中制备得到的功能化矿物材料的吸附容量为69.20mg/g，实施例2中制备得到的功能化矿物材料的吸附容量为102.09mg/g，由此可知，本申请中制备得到的功能化矿物材料对Pb2+有良好的吸附效果。
应用实施例6
本应用实施例提供了实施例2中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在不同pH值条件下对铅离子吸附效果的研究。
具体的，在4个样品瓶中分别加入pH值为2、3、4和5的15mL的50mg/L的铅离子溶液，然后分别向这4个样品瓶中加入0.005g本实施例2中制备得到的功能化矿物材料。放入摇床中，在常温条件下恒温振荡吸附3h。吸附后静置10min，取上清液稀释，用等离子体发射光谱仪测量上清液铅离子的浓度，并进行吸附容量和去除率的计算，具体结果如图11所示。
从图11中可以看出，当pH较低时，溶液中大量的H+使材料表面的胺基质子化，失去了络合作用，表面带正电荷，与Pb2+存在静电斥力，且H+会与Pb2+竞争吸附位点，导致材料对Pb2+的吸附量降低；随着pH的升高，H+浓度降低，材料表面胺基逐渐去质子化，与溶液中H+的静电斥力减弱，具有络合吸附功能的胺基增加，使得Pb2+吸附量增大。
应用实施例7
本应用实施例提供了实施例2中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在不同温度条件下对铅离子吸附效果的研究。
具体的，在5个样品瓶中分别加入15mL pH＝5的50mg/L的铅离子溶液，然后分别向这5个样品瓶中加入0.005g本实施例2中制备得到的功能化矿物材料。分别放入温度为20℃、25℃、30℃、35℃和40℃的摇床中，振荡吸附6h。吸附后静置10min，取上清液稀释，用等离子体发射光谱仪测量上清液铅离子的浓度，并进行吸附容量和去除率的计算，具体结果如图12所示。
从图12中可以看出，功能化矿物材料对铅离子的吸附效率随着温度的升高而升高，说明该矿物材料对铅离子的吸附是一个吸热反应。
应用实施例8
本应用实施例提供了实施例2中制备得到的功能化矿物材料作为吸附剂在不同初始浓度条件下对铅离子吸附效果的研究。
具体的，在5个样品瓶中加入15mL pH＝5的刚果红溶液，浓度分别为10mg/L、20mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L，然后分别向这5个样品瓶中加入0.005g本实施例2中制备得到的功能化矿物材料。放入摇床中，于30℃条件下振荡吸附6h。吸附后静置10min，取上清液稀释，用等离子体发射光谱仪测量上清液铅离子的浓度，并进行吸附容量和去除率的计算，具体结果如图13所示。
从图13中可以看出，本申请实施例2中制备得到的功能化矿物材料对铅离子的吸附容量可达129mg/g。
本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种功能化矿物材料除去污水中染料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含染料的待处理污水的pH值调节至3～5，然后将所述的功能化矿物材料加入到待处理污水中，在20～40℃条件下恒温振荡吸附5min～24h，吸附完毕后，过滤后分离；
所述染料为刚果红；
所述功能化矿物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1.0g的凹凸棒土、1.35g的FeCl3· 6H2O、3.6g的醋酸钠和1.0g的聚乙二醇加入至40ml的乙二醇中，先在温度为60℃、搅拌速率为500rpm的磁力搅拌器中磁力搅拌30min，再在室温条件下放入功率为1400W的超声波清洗器中超声分散30min；然后置于反应釜中，于200℃条件下反应24h，将反应产物离心分离并用无水乙醇和去离子水分别洗涤三次，随后冷冻干燥48h，获得中间产物； S2、取2.0g步骤S1中制备得到的中间产物，然后加入40ml体积浓度为5％的聚乙烯亚胺水溶液，然后在室温下放入搅拌速率为500rpm的磁力搅拌器中磁力中搅拌1h，得到悬浮液；再将悬浮液于3000rpm下离心10min，离心产物用无水乙醇和超纯水分别洗涤三次，随后冷冻干燥48h，即得功能化矿物材料。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109304139A (zh) * 2017-07-27 2019-02-05 沈金池 一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101658782A (zh) * 2009-08-24 2010-03-03 淮阴师范学院 凹凸棒粘土改性制备吸附剂的方法
CN102350322A (zh) * 2011-07-21 2012-02-15 陕西科技大学 利用聚苯胺改性凹凸棒土去除水中六价铬的方法
CN102357356B (zh) * 2011-09-13 2013-02-06 中山大学 一种偶氮染料吸附剂的制备方法
CN103611494A (zh) * 2013-11-21 2014-03-05 陕西科技大学 胺基改性凹凸棒土吸附剂及其制备与吸附腐殖酸的方法
CN103831089B (zh) * 2014-02-19 2016-03-30 陕西科技大学 聚乙烯亚胺-凹凸棒土吸附剂的制备及吸附六价铬的方法
CN106975454A (zh) * 2017-04-28 2017-07-25 明光市飞洲新材料有限公司 一种凹凸棒土的硅烷偶联剂改性方法
CN107051412A (zh) * 2017-05-24 2017-08-18 安徽工业大学 一种磁性凹凸棒石纳米复合材料的制备方法
FR3078268B1 (fr) * 2018-02-26 2023-11-03 Onet Tech Nd Materiau hybride organique-inorganique apte a adsorber des cations metalliques.
CN109929584B (zh) * 2019-04-17 2020-11-06 江西理工大学 一种黏土矿物破乳剂及其制备方法、应用和回收利用方法
CN110142028A (zh) * 2019-05-29 2019-08-20 中科院广州能源所盱眙凹土研发中心 凹凸棒石基co2固态胺吸附剂和其制备方法及其在沼气提纯中的应用
CN111410988B (zh) * 2020-05-14 2021-12-14 江西理工大学 一种碳基凹凸棒复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109304139A (zh) * 2017-07-27 2019-02-05 沈金池 一种提高凹凸棒土吸附性能的改性工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
氨基硅烷改性纳米凹凸棒石对Pb2+吸附性能;朱礼文;《中国环境科学学会学术年会论文集（2014）》;20140822;全文 *

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