專利名稱：水處理用鎳鈦改性膨潤土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理材料及其制備方法，特別是一種用于水處理的鎳鈦改性膨潤土及其制備方法。
背景技術(shù)：
膨潤土是一種在自然界分布較為廣泛的粘土類礦物，屬非金屬礦產(chǎn)。中國的膨潤土礦資源非常豐富，儲量居世界首位，占世界總量的60％，預(yù)測資源量在70億噸以上，并以分布廣、埋藏淺、易采掘及品種齊全為特點。膨潤土及其提純改型產(chǎn)品都不同程度地具有一些優(yōu)越的特性，這些特性主要有膨脹性、親水性(或親油性，如有機膨潤土)、吸附性、陽離子交換性、催化活性、分散性、懸浮性、粘接性、觸變性、穩(wěn)定性、無毒性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對膨潤土結(jié)晶特性和物理化學(xué)性質(zhì)的了解逐漸加深，膨潤土在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究方面的使用日益廣泛。它作為粘結(jié)劑、懸浮劑、增稠劑、觸變劑、絮凝劑、穩(wěn)定劑、凈化脫色劑、充填劑、催化劑以及催化劑載體在冶金、機械鑄造、鉆探、石油化工、輕工、農(nóng)林牧、建筑工程、環(huán)保等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用前景。由于膨潤土帶電性和較大的比表面積使其具有較強的吸附性，因此膨潤土具有良好的離子交換能力和吸附性能，可去除污水中的某些污染物。但是天然膨潤土中由于表面硅氧結(jié)構(gòu)具有極強的親水性和層間大量可交換性陽離子的水解，使其表面通常存在一層薄的水膜，而限制了在水處理中的應(yīng)用；此外，膨潤土固液分離速度慢，絮凝物脫水效果差，也影響了其實際應(yīng)用。為了滿足某種需要或為了提高膨潤土的使用效果，獲得具有實用性的高性能膨潤土，在一定條件下，人為地在膨潤土中引進一些無機離子或(和)有機化合物，使膨潤土的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，達到對膨潤土改型的目的。目前對膨潤土的改性研究主要集中于無機改性，有機改性和無機-有機復(fù)合改性。經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn)，改性膨潤土作為吸附劑在各類廢水處理尤其是工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用潛力巨大，改性土可廣泛應(yīng)用于去除芳香族化合物、有毒和難降解有機物、除色等。由于價格低廉，適用范圍廣，隨著研究的不斷深入，改性膨潤土吸附劑將有可能取代傳統(tǒng)吸附劑在廢水處理中的地位，在廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以鎳鈦交聯(lián)改性劑，制備Ni-Ti雙元素?zé)o機交聯(lián)及Ni-Ti-有機復(fù)合土系列改性膨潤土方法，該發(fā)明制備的Ni-Ti系列改性膨潤土，增大了膨潤土其層間距和比表面積及表面羥基數(shù)量，改善了其疏水性，從而提高了吸附能力，擴展了膨潤土的應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的水處理用鎳鈦改性膨潤土，其利用鎳鈦無機交聯(lián)劑及溴化十六烷基三甲胺(CTMAB)為有機柱化劑對鈉基膨潤土進行改性，制備Ni-Ti雙元素?zé)o機及Ni-Ti-有機復(fù)合土系列改性膨潤土。
如上所述的水處理用鎳鈦改性膨潤土，其水處理用鎳鈦無機交聯(lián)膨潤土，層間距d為2.3066nm。
如上所述的水處理用鎳鈦改性膨潤土，其水處理用鎳鈦有機復(fù)合土，層間距d為1.7988nm。
水處理用鎳鈦改性膨潤土的制備方法，首先制備交聯(lián)劑鈦交聯(lián)劑的制備將四氯化鈦(TiCl4)溶液緩慢加入到鹽酸(HCl)溶液中。冷卻、定容，在室溫下靜止，得鈦交聯(lián)劑；鎳交聯(lián)劑的制備將氫氧化鈉(NaOH)溶液緩慢加入到硫酸鎳(NiSO4)溶液中，在室溫下連續(xù)攪拌，靜置，得鐵交聯(lián)劑；然后制備鎳鈦無機交聯(lián)土取原土制成粘土料漿，將鎳交聯(lián)劑滴加到粘土料漿中，然后漿鈦交聯(lián)劑滴加入粘土料漿中，加入硫酸(H2SO4)或氫氧化鈉(NaOH)調(diào)節(jié)pH值，攪拌，靜置陳化，過濾，干燥，活化，得鎳鈦無機交聯(lián)土；再制備鎳鈦有機復(fù)合土取鎳鈦交聯(lián)土制成懸浮液，加入含5.0％的溴化十六烷基三甲銨的水-乙醇溶液攪拌，反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，減壓過濾，用蒸餾水洗滌，至無法檢驗出溴離子(Br-)且濾液無泡沫，所得濾餅烘干，活化，粉碎過篩，得鎳鈦有機復(fù)合土。
如上所述的水處理用鎳鈦改性膨潤土的制備方法，鎳鈦無機交聯(lián)土懸浮液濃度3％、鎳鈦投加量10mmol/g、鎳鈦比5∶1、反應(yīng)溫度50℃、反應(yīng)時間5h；鎳鈦有機復(fù)合土懸浮液濃度4％、CTMAB投加量0.7mmol/g、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間1h。
本發(fā)明的優(yōu)點與效果是本發(fā)明改變了膨潤土層間距和比表面積及表面羥基數(shù)量，提高了膨潤土的吸附能力，有機改性劑引入交聯(lián)膨潤土層間，不僅增加了交聯(lián)土的離子交換能力，而且改善了其疏水性，從而提高了吸附能力，擴展了膨潤土的應(yīng)用領(lǐng)域，作為一種新型水處理藥劑，具有價格低。性能好、適用范圍廣等特點。
本發(fā)明作為一種新型水處理藥劑，可應(yīng)用于含重金屬離子污染物的廢水(電鍍廢水)中重金屬離子的去除。用于處理含Cr(VI)廢水，經(jīng)過改性后，改性膨潤土對Cr(VI)的去除能力明顯提高。Cr(VI)初始濃度在20～70mg/L的范圍內(nèi)，改性膨潤土對Cr(VI)均具有較高的去除效果，吸附性能明顯優(yōu)于原土。對20mg/L低濃度含Cr(VI)廢水，鎳鈦交聯(lián)土去除率達90％，鎳鈦有機復(fù)合土去除率達97.5％，適合處理低濃度含Cr(VI)廢水。


圖1是本發(fā)明交聯(lián)土的制備工藝流程圖；圖2是本發(fā)明交聯(lián)有機復(fù)合土的制備工藝流程圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
合成原理天然土是一種層狀硅鋁酸鹽，層與層之間靠靜電作用結(jié)合，利用層間陽離子的可交換性，可將無機多聚羥基金屬離子如Al、Cr、Fe、Bi、Zr、Co、Ni等交換進入層間，將單元層橋聯(lián)并撐開，形成一種二維通道的“層往”狀結(jié)構(gòu)的新礦物，即柱撐膨潤土。柱撐膨潤土具有很高的比表面積及熱穩(wěn)定性，其路易斯酸活性很高。同時由于柱撐膨潤土獨特的極性、孔徑分布和高比表面積，因而其吸附性能大大增強。膨潤土經(jīng)過離子交換，使晶體表而帶上電荷，從而能夠使得水分子易于進入晶胞間發(fā)生膨脹，并能使得粘土顆粒表面自發(fā)地吸附正離子，因而膨潤十表現(xiàn)出極大的膨脹性和較好的吸附性、粘結(jié)性和觸變性。膨潤土表面吸附的多種陽離子經(jīng)水化作用，使膨潤土顆粒充分分散，其分散程度又取決于吸附的陽離于種類。而含Na+膨潤土的水化能力，大于其它二價陽離子的水化能力，從而加速了粘土顆粒的水化，有利于有機化反應(yīng)的進行。又由于Ca2+離子半徑較大，不易被代換，故在膨潤土有機化反應(yīng)中，通常選用鈉基膨潤土。通過Na+與有機化合物中的陽離子進行交換，用于置換蒙脫石中粒子表面原先吸附的陽離子，將體積較大的有機陰離子引入層間形成大孔洞的材料，使其結(jié)構(gòu)改變，從而達到有機改性的目的。這種經(jīng)過有機處理后的膨潤土，因其有機碳的含量增加，疏較強的吸附有機物的能力。由于以多聚羥基金屬陽離子作為柱化劑制備的柱撐膨潤土層間距還不夠大，研究者將某些表面活性劑引入膨潤土層間從而合成出更大孔徑的無機-有機柱撐膨潤土，并且其熱穩(wěn)定性也得到明顯的改善。
交聯(lián)劑的制備鈦交聯(lián)劑的制備將四氯化鈦(TiCl4)溶液以15ml/min緩慢加入到鹽酸(HCl)溶液中。冷卻、定容，在室溫下靜止；
鎳交聯(lián)劑的制備將氫氧化鈉(NaOH)溶液以15ml/min緩慢加入到硫酸鎳(NiSO4)溶液中，在室溫下連續(xù)攪拌；鎳鈦無機交聯(lián)土的制備取原土制成粘土料漿，將鎳交聯(lián)劑滴加到粘土料漿中，然后漿鈦交聯(lián)劑滴加入粘土料漿中，加入硫酸(H2SO4)或氫氧化鈉(NaOH)調(diào)節(jié)pH值，攪拌，靜置陳化，過濾，干燥，活化，得鎳鈦交聯(lián)土；鎳鈦有機復(fù)合土的制備取鎳鈦交無機交聯(lián)土制成懸浮液，加入含5.0％的溴化十六烷基三甲銨的水-乙醇溶液攪拌，反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，減壓過濾，用蒸餾水洗滌，至無法檢驗出Br-且濾液無泡沫，所得濾餅烘干，活化，粉碎過篩，得鎳鈦有機復(fù)合土。
最佳制備條件為鎳鈦無機交聯(lián)土懸浮液濃度3％、鎳鈦投加量10mmol/g、鎳鈦比5∶1、反應(yīng)溫度50℃、反應(yīng)時間5h；鎳鈦有機復(fù)合土懸浮液濃度4％、CTMAB(溴化十六烷基三甲胺)投加量0.7mmol/g、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間1h。
所述的水處理用鎳鈦無機交聯(lián)膨潤土，層間距d為2.3066nm；水處理用鎳鈦有機復(fù)合土，層間距d為1.7988nm。
權(quán)利要求
1.水處理用鎳鈦改性膨潤土，其特征在于利用鎳鈦無機交聯(lián)劑及溴化十六烷基三甲胺為有機柱化劑對鈉基膨潤土進行改性，制備Ni-Ti雙元素?zé)o機及Ni-Ti-有機復(fù)合土系列改性膨潤土。
2.按照權(quán)利要求1所述的水處理用鎳鈦改性膨潤土，其特征在于水處理用鎳鈦無機交聯(lián)膨潤土，層間距d為2.3066nm。
3.按照權(quán)利要求1所述的水處理用鎳鈦改性膨潤土，其特征在于水處理用鎳鈦有機復(fù)合土，層間距d為1.7988nm。
4.水處理用鎳鈦改性膨潤土的制備方法，其特征在于首先制備交聯(lián)劑鈦交聯(lián)劑的制備將四氯化鈦溶液緩慢加入到鹽酸溶液中。冷卻、定容，在室溫下靜止，得鈦交聯(lián)劑；鎳交聯(lián)劑的制備將氫氧化鈉溶液緩慢加入到硫酸鎳溶液中，在室溫下連續(xù)攪拌，靜置，得鐵交聯(lián)劑；然后制備鎳鈦無機交聯(lián)土取原土制成粘土料漿，將鎳交聯(lián)劑滴加到粘土料漿中，然后漿鈦交聯(lián)劑滴加入粘土料漿中，加入硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，攪拌，靜置陳化，過濾，干燥，活化，得鎳鈦無機交聯(lián)土；再制備鎳鈦有機復(fù)合土取鎳鈦交聯(lián)土制成懸浮液，加入含5.0％的溴化十六烷基三甲銨的水-乙醇溶液攪拌，反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，減壓過濾，用蒸餾水洗滌，至無法檢驗出溴離子且濾液無泡沫，所得濾餅烘干，活化，粉碎過篩，得鎳鈦有機復(fù)合土。
5.按照權(quán)利要求4所述的水處理用鎳鈦改性膨潤土的制備方法，其特征在于鎳鈦無機交聯(lián)土懸浮液濃度3％、鎳鈦投加量10mmol/g、鎳鈦比5∶1、反應(yīng)溫度50℃、反應(yīng)時間5h；鎳鈦有機復(fù)合土懸浮液濃度4％、CTMAB投加量0.7mmol/g、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間1h。
全文摘要
水處理用鎳鈦改性膨潤土及其制備方法，涉及一種水處理材料及其制備方法，水處理用鎳鈦改性膨潤土，利用鎳鈦無機交聯(lián)劑及溴化十六烷基三甲胺(CTMAB)為有機柱化劑對鈉基膨潤土進行改性，制備Ni－Ti雙元素?zé)o機交聯(lián)及Ni－Ti－有機復(fù)合土系列改性膨潤土。水處理用鎳鈦改性膨潤土的制備方法，首先制備交聯(lián)劑；然后制備鎳鈦無機交聯(lián)土；再制備鎳鈦有機復(fù)合土。水處理用鎳鈦改性膨潤土作為一種新型水處理藥劑，具有價格低、性能好、適用范圍廣等特點。
文檔編號C02F1/28GK101015786SQ20061013515
公開日2007年8月15日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者邵紅, 劉長風(fēng) 申請人:沈陽化工學(xué)院