一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，包括以下步驟：鈉化：將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)50-150目篩，加入鈉化試劑水溶液，50～90℃攪拌鈉化反應(yīng)1-4h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土；改性：將鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)150-250目篩，烘干后與改性劑常溫混合，即得。本方法制備的膨潤(rùn)土膨脹性良好且兼具抗鹽耐污性能和吸附性能，既可用于高鹽度、復(fù)雜水體的地下防滲工程，還能用來(lái)處理污染水體中的重金屬離子和有機(jī)污染物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于膨潤(rùn)土材料深加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要成分的黏土礦物，具有很強(qiáng)的吸濕性，能夠吸收相當(dāng)于自身體積8~20倍的水而膨脹至30倍，同時(shí)還有較強(qiáng)的粘結(jié)性、密實(shí)性、自我修復(fù)性和離子交換性等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于冶金業(yè)、防滲工程、水處理等領(lǐng)域。但是，自然界中膨潤(rùn)土多為鈣基，其膨脹性和吸附能力明顯不如鈉基，所以膨潤(rùn)土的鈉化改性是膨潤(rùn)土深加工領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)重要研究。
[0003]鈉化改性后的膨潤(rùn)土比表面積和吸附性能都會(huì)大幅增加，對(duì)廢水中的重金屬、有機(jī)物等污染物具有較好的吸附去除效果。常用的鈉化方法有干法、半干法、濕法等。
[0004]鈉化改性后的膨潤(rùn)土吸藍(lán)量、膨脹性能和粘結(jié)性也會(huì)有大幅提升，但是在鹽(海)水和污水中膨潤(rùn)土分子結(jié)構(gòu)中層與層間的水分子首先與鹽(海)水或污水中的含有大量電解質(zhì)的雜物起反應(yīng)， 使其分子結(jié)構(gòu)被破壞或分子結(jié)構(gòu)間不能形成連接從而導(dǎo)致其膨脹指數(shù)和黏度大大降低，防滲性能明顯下降。因此，僅通過(guò)鈉化改性的膨潤(rùn)土對(duì)鹽(海)水、污水的適應(yīng)能力還很差。
[0005]由于抗鹽性膨潤(rùn)土在鹽(海)水或污水中能保持其固有的結(jié)構(gòu)，從而使其粘性和膨脹性能不會(huì)發(fā)生明顯的變化，所以，本發(fā)明的重點(diǎn)是尋求一種吸水性強(qiáng)、黏度高的聚合物，該聚合物能把膨潤(rùn)土分子結(jié)合到一起，防止其結(jié)構(gòu)被破壞，進(jìn)而把膨潤(rùn)土分子結(jié)構(gòu)連接起來(lái)以保持膨潤(rùn)土的粘性和膨脹性，從而提高其在鹽(海)水、污水中的防水能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)50-150目篩，加入鈉化試劑水溶液，50~90°C攪拌鈉化反應(yīng)l_4h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；
[0009](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)150-250目篩，烘干后與改性劑
常溫混合，即得。
[0010]步驟(1)中，所述天然鈣基膨潤(rùn)土中蒙脫石含量在50%以上、膠質(zhì)價(jià)在45ml/15g以上、膨脹指數(shù)在6ml/2g以上。
[0011]步驟(1)中，所述鈉化試劑選自碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氟化鈉中的一種或幾種；所述鈉化試劑水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%~20% ;鈉化試劑和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(25~40):100o[0012]步驟⑵中，改性劑與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(1-10): 100。
[0013]步驟(2)中，所述改性劑選自聚丙烯酰胺、聚乙二醇、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、焦磷酸鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或幾種的混合物。
[0014]優(yōu)選地，當(dāng)改性劑為焦磷酸鈉或聚丙烯酰胺時(shí)，焦磷酸鈉或聚丙烯酰胺與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(1-5):100;當(dāng)改性劑為羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素時(shí)，羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(2-7):100 ;當(dāng)改性劑為聚乙二醇或聚乙烯醇時(shí)，聚乙二醇或聚乙烯醇與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(2-6):100 ;當(dāng)改性劑為聚丙烯酸鈉時(shí)，聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(2-8): 100。
[0015]有益效果:本發(fā)明首先用鈉化試劑采用半干法對(duì)天然鈣基膨潤(rùn)土進(jìn)行鈉化改性以提高膨潤(rùn)土的比表面積和離子交換能力，再用改性劑通過(guò)物理?yè)诫s的方式使其與鈉化改性后的膨潤(rùn)土原料混合均勻來(lái)提高其在復(fù)雜水體中的膨脹性能，制得吸附性能好、抗鹽耐污能力強(qiáng)的高膨脹性能的膨潤(rùn)土防水材料。采用本方法制備的膨潤(rùn)土膨脹性良好且兼具抗鹽耐污性能和吸附性能，既可用于高鹽度、復(fù)雜水體的地下防滲工程，還能用來(lái)處理污染水體中的重金屬離子和有機(jī)污染物。
[0016]具體而言，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的優(yōu)勢(shì):
[0017]1、本發(fā)明具有方法簡(jiǎn)單、成本低、便于推廣等優(yōu)點(diǎn)，所用改性劑廉價(jià)易得、無(wú)毒無(wú)害; [0018]2、本發(fā)明方法制得的膨潤(rùn)土具有膨脹性能好、抗鹽耐污性強(qiáng)、吸附能力良好等特點(diǎn)，可用于高鹽度、復(fù)雜性水體的地下防滲工程，以及污染水體中重金屬離子和有機(jī)物的去除。
【具體實(shí)施方式】
[0019]天然鈣基膨潤(rùn)土分布廣泛且廉價(jià)易得，本發(fā)明選用蒙脫石含量在50%以上、膠質(zhì)價(jià)在45ml/15g以上、膨脹指數(shù)在6ml/2g以上的天然鈣基膨潤(rùn)土。
[0020]本發(fā)明測(cè)定膨潤(rùn)土膨脹指數(shù)的具體方法為:稱(chēng)取2.0Og經(jīng)烘干至恒重的200目改性后的膨潤(rùn)土試樣,分多次放入已加有90mL去離子水的量筒內(nèi)，每次在約30s內(nèi)緩慢加入不大于0.1g的膨潤(rùn)土，待膨潤(rùn)土沉至量筒底部后再次添加，相鄰兩次間隔不少于lOmin，直至2.0Og膨潤(rùn)土完全加入到量筒中，然后將量筒內(nèi)的水加至10mL,靜置24h后讀取沉淀物界面的刻度值，精確至0.5mL。
[0021]實(shí)施例1
[0022]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0023](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為30:100。
[0024](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)200目篩，烘干后與改性劑焦磷酸鈉常溫混合，改性劑焦磷酸鈉與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為5:100，即得。
[0025]實(shí)施例2
[0026]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0027](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)50目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為5%的鈉化試劑氫氧化鈉水溶液，50°C攪拌鈉化反應(yīng)4h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為25:100。
[0028](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)150目篩，烘干后與改性劑聚丙烯酰胺常溫混合，改性劑聚丙烯酰胺與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為1:100，即得。
[0029]實(shí)施例3
[0030]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0031](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)150目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為20%的鈉化試劑氯化鈉水溶液，90°C攪拌鈉化反應(yīng)lh，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為40:100。
[0032](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)250目篩，烘干后與改性劑羧甲基纖維素鈉常溫混合，改性劑羧甲基纖維素鈉與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為2:100，即得。
[0033]實(shí)施例4
[0034]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0035](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑碳酸鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì) 量比為35:100。
[0036](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)200目篩，烘干后與改性劑羥乙基纖維素常溫混合，改性劑羥乙基纖維素與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為7:100，即得。
[0037]實(shí)施例5
[0038]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0039](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑氟化鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為30:100。
[0040](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)200目篩，烘干后與改性劑聚乙二醇常溫混合，改性劑聚乙二醇與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為2:100，即得。
[0041]實(shí)施例6
[0042]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0043](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為30:100。
[0044](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)200目篩，烘干后與改性劑聚乙烯醇常溫混合，改性劑聚乙烯醇與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為6:100，即得。
[0045]實(shí)施例7
[0046]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0047](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為30:100。
[0048](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)200目篩，烘干后與改性劑聚丙烯酸鈉常溫混合，改性劑聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為2:100，即得。[0049]實(shí)施例8
[0050]抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備，包括以下步驟:
[0051](I)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)100目篩，加入質(zhì)量百分比濃度為10%的鈉化試劑碳酸氫鈉水溶液，70°C攪拌鈉化反應(yīng)2h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ；其中，鈉化試劑碳酸氫鈉和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為30:100。
[0052](2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)200目篩，烘干后與改性劑聚丙烯酸鈉常溫混合，改性劑聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為8:100，即得。
[0053]實(shí)施例9
[0054]采取與實(shí)施例1類(lèi)似的方法和工藝條件，考察改性劑焦磷酸鈉的加入量對(duì)抗鹽耐污型膨潤(rùn)土性能的影響，設(shè)置平行試驗(yàn):
[0055](I)對(duì)照:不含改性劑的干燥膨潤(rùn)土粉2g，編號(hào)為O ;
[0056](2)焦磷酸鈉與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為3:100、4:100、5:100，制得編號(hào)依次為Al、A2、A3的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土。
[0057](3)室溫下分別測(cè)定O、Al、A2、A3的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土在濃度為10g/L的氯化鈉水溶液中的膨脹指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1-1 ;再分別測(cè)定0、A1、A2、A3的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土其對(duì)亞鐵離子、銅離子和COD的吸附效果，結(jié)果見(jiàn)表1-2。
[0058]表1-1焦磷酸鈉改性前后的膨潤(rùn)土的膨脹性能
[0059]
【權(quán)利要求】
1.一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)鈉化:將天然鈣基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)50-150目篩，加入鈉化試劑水溶液，50~90°C攪拌鈉化反應(yīng)l_4h，干燥得鈉基膨潤(rùn)土 ； (2)改性:將步驟(1)制得的鈉基膨潤(rùn)土碾磨后過(guò)150-250目篩，烘干后與改性劑常溫混合，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，所述天然鈣基膨潤(rùn)土中蒙脫石含量在50%以上、膠質(zhì)價(jià)在45ml/15g以上、膨脹指數(shù)在6ml/2g以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，其特征在于:步驟(1)中，所述鈉化試劑選自碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氟化鈉中的一種或幾種；所述鈉化試劑水溶液的質(zhì)量百分比濃度為5%~20% ;鈉化試劑和天然鈣基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(25~40):100o
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，其特征在于:步驟⑵中，改性劑與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(1-10):100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述改性劑選自聚丙烯酰胺、聚乙二醇、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、焦磷酸鈉和聚丙烯酸鈉中的一種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種兼具吸附功能的抗鹽耐污型膨潤(rùn)土的制備方法，其特征在于:當(dāng)改性劑為焦磷 酸鈉或聚丙烯酰胺時(shí)，焦磷酸鈉或聚丙烯酰胺與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(1-5):100;當(dāng)改性劑為羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素時(shí)，羧甲基纖維素鈉或羥乙基纖維素與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(2-7):100 ;當(dāng)改性劑為聚乙二醇或聚乙烯醇時(shí)，聚乙二醇或聚乙烯醇與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(2-6):100 ;當(dāng)改性劑為聚丙烯酸鈉時(shí)，聚丙烯酸鈉與鈉基膨潤(rùn)土的質(zhì)量比為(2-8): 100。
【文檔編號(hào)】C01B33/40GK104030308SQ201410247700
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】祝建中, 胡志強(qiáng), 丁瑩, 韓剛, 朱志芳 申請(qǐng)人:河海大學(xué)