專利名稱：一種高容量吸附酚類化合物磷酸鋯材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高容量吸附酚類化合物磷酸鋯材料及制備方法。
背景技術(shù)：
磷酸鋯是一種層狀化合物，基本結(jié)構(gòu)規(guī)整，同一平面上的原子之間以牢固的共價 鍵結(jié)合，相鄰層與層之間的原子以范德華力結(jié)合，這種特殊形態(tài)的層間作用力容許在層間 插入不同的客體化合物形成復(fù)合材料，磷酸鋯本身對酚類化合物并沒有吸附作用，而通過 在磷酸鋯層間插入有機(jī)胺類化合物，有機(jī)季胺鹽類化合物可以使改性后的磷酸鋯對酚類化 合物和其它有機(jī)化合物有吸附作用。CTAB(十六烷基三甲基溴化胺)是一種陽離子型表面活性劑，其疏水基團(tuán)是 一個長碳鏈的銨鹽，可與其它可交換的陽離子發(fā)生離子交換，已有文獻(xiàn)報道將CTAB改 性膨潤土或高嶺土，制得一系列有機(jī)改性復(fù)合物，探討它 們對水中有機(jī)污染物的吸 附，CN200910046908. 5在顆粒炭上還負(fù)載CTAB和水合氧化鐵和納米鐵，形成的復(fù)合 材料可以對自來水出廠水中高氯酸根離子進(jìn)行吸附降解，達(dá)到飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)； CN200810235451. 8則利用CTAB改性膨脹石墨形成插層化合物，可以吸附空氣中的甲醛，用 于室內(nèi)空氣的凈化；CN200710066362. 0用CTAB處理硅藻土，用于城市污水的處理，經(jīng)CTAB 處理硅藻土吸附后水體COD和SS下降明顯；CN200410018109. 4中用CTAB處理膨潤土，通過 吸附和混凝可以同時去除廢水中的有機(jī)污染物和磷酸鹽。大量的研究證明，CTAB負(fù)載到無 機(jī)物表面和層間對水溶液的有機(jī)物質(zhì)有較強(qiáng)的吸附作用。CTAB有一個長碳鏈的疏水基團(tuán)， 對極性較低有機(jī)物，其親水段容易錨定到無機(jī)物表面的層間，形成疏水環(huán)境，從而有利于有 機(jī)物的吸附。層狀化合物磷酸鋯的層間距僅為7. 6A，長鏈CTAB難以插入到磷酸鋯的層間，由于 其層間是用分子間作用力進(jìn)行結(jié)合，所以可以考慮先用堿性較強(qiáng)膠體化試劑消弱層間作用 力，進(jìn)而對磷酸鋯的層板進(jìn)行部分剝離，部分剝離后的磷酸鋯層間距增大，可以使長鏈CTAB 插入層間，形成CTAB插層化合物。與有機(jī)胺(丁胺、辛胺、苯胺等)插入到磷酸鋯層間形 成的有機(jī)胺插層磷酸鋯化合物相比較，有機(jī)胺插層磷酸鋯層間是堿性環(huán)境，主要是利用酚 類化合物的弱酸性吸附酚類化合物，當(dāng)吸附一定量的酚類化合物后，層間由堿性環(huán)境變?yōu)?中性環(huán)境，吸附能力急劇下降。而CTAB插層磷酸鋯的層間是中性環(huán)境，季胺長碳鏈形成層 間的疏水性是吸附酚類化合物的主要原因，包括酚類化合物在內(nèi)的有機(jī)污染物在水相和油 相的分配比是吸附的主要影響因素，隨著水相中酚類化合物濃度的逐漸升高，CTAB插層磷 酸鋯對酚類化合物吸附總量幾乎呈線性增長。由于其分配機(jī)理的作用，CTAB插層磷酸鋯不 僅對酚類化合物有較高的吸附容量，同時對于疏水性較強(qiáng)的有機(jī)污染物也有較強(qiáng)的吸附能 力。目前，比較成熟和工業(yè)化的是樹脂吸附，以有較高吸附量的HDX-8樹脂為例，其最大吸 附量也僅為9. 7mg 2,4- 二氯苯酚/g樹脂，而經(jīng)過CTAB改性后的磷酸鋯對2，4- 二-氯苯 酚吸附量可達(dá)210mg 2,4- 二氯苯酚/g改性磷酸鋯，使該材料有望可以在高濃度苯酚類廢 水處理得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種高容量吸附酚類化合物磷酸鋯材料，該材料由α-磷酸鋯和 CTAB (十六烷基三甲基溴化胺)組成，其特征在于CTAB插入到α-磷酸鋯層間，CTAB為該 復(fù)合材料的重量百分比的10 30%。本發(fā)明的另一個目的是提供一種高容量吸附酚類化合物磷酸鋯材料的制備方法， 按下述步驟進(jìn)行以化學(xué)純α -磷酸鋯為材料，利用濃度0. 2 0. 5mol/L的甲胺水溶液 對磷酸鋯進(jìn)行膠體化處理，其中α-磷酸鋯和甲胺水溶液的重量比為1 100，處理時間 為IOmin lOOmin。經(jīng)過上述通過步驟處理的α -磷酸鋯經(jīng)過濾后，固相再加入濃度為 0. 05 0. lmol/L的CTAB水溶液中，其中處理后的α -磷酸鋯和CTAB水溶液的重量比為 1 100，攪拌反應(yīng)時間為1 5小時，固相產(chǎn)物經(jīng)過濾，洗滌，60°C下烘干，即得到CTAB插 層高容量吸附酚類化合物磷酸鋯材料，其中CTAB為該復(fù)合材料的重量百分比的10 30%。 該CTAB插層磷酸鋯材料可以有效吸附水溶液中苯酚、2-氯苯酚和2，4_ 二氯苯酚。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
1、苯酚吸附材料合成材料易得，簡便。2、CTAB插層磷酸鋯材料對苯酚、2-氯苯酚和2，4_ 二氯苯酚有較高的吸附容量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例二制備的十六烷基三甲基溴化胺插層的磷酸鋯復(fù)合材料的 XRD圖譜(縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為掃描2 θ角)；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一稱取化學(xué)純α -磷酸鋯2g放入到IOOml燒杯中，加入濃度0. 2mol/L的 甲胺水溶液，其中α-磷酸鋯和甲胺水溶液的重量比為1 100，常溫下攪拌反應(yīng)100分鐘， 過濾進(jìn)行液固分離，，蒸餾水充分洗滌3次，無需干燥，將固相全部放入到濃度為0. 05CTAB 水溶液中，其中固相和CTAB水溶液的重量比為1 100，攪拌反應(yīng)時間5小時，固相產(chǎn)物經(jīng) 過濾，洗滌，60°C下烘干，即得到CTAB插層改性磷酸鋯材料。經(jīng)元素分析儀測定該材料CTAB 重量百分比為10%。稱取按上述條件制備的CTAB插層改性磷酸鋯材料lg，放入到150ml苯酚濃度為 lOmmol/L的水溶液中，在震蕩器中常溫震蕩2小時，液固分離后，利用紫外光度儀在270nh 測定水溶液中苯酚濃度，得到CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附苯酚的量為0. 53mmol/g (每克 CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附苯酚為0. 05g)。稱取按上述條件制備的CTAB插層改性磷酸鋯材料lg，放入到150ml 2_氯苯酚濃 度為lOmmol/L的水溶液中，在震蕩器中常溫震蕩2小時，液固分離后，利用紫外光度儀在 293nm測定水溶液中2-氯苯酚濃度，得到CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2-氯苯酚的量為 0. 83mmol/g (每克CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2-氯苯酚為0. Ilg)。稱取按上述條件制備的CTAB插層改性磷酸鋯材料lg，放入到150ml 2,4- 二氯苯 酚濃度為lOmmol/L的水溶液中，在震蕩器中常溫震蕩2小時，液固分離后，利用紫外光度儀在305nh測定水溶液中2，4- 二氯苯酚濃度，得到CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2-氯苯酚 的量為0. 91mmol/g (每克CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2，4- 二-氯苯酚為0. 15g)。實(shí)施例二 稱取化學(xué)純α -磷酸鋯2g放入到IOOml燒杯中，加入濃度0. 5mol/L的 甲胺水溶液，其中α-磷酸鋯和甲胺水溶液的重量比為1 100，常溫下攪拌反應(yīng)20分鐘， 過濾進(jìn)行液固分離，，蒸餾水充分洗滌3次，無需干燥，將固相全部放入到濃度為0. 05CTAB 水溶液中，其中固相和CTAB水溶液的重量比為1 100，攪拌反應(yīng)時間1小時，固相產(chǎn)物經(jīng) 過濾，洗滌，60°C下烘干，即得到CTAB插層改性磷酸鋯材料。經(jīng)元素分析儀測定該材料CTAB 重量百分比為30%。稱取按上述條件制備的CTAB插層改性磷酸鋯材料lg，放入到150ml苯酚濃度為 lOmmol/L的水溶液中，在震蕩器中常溫震蕩2小時，液固分離后，利用紫外光度儀在270nm 測定水溶液中苯酚濃度，得到CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附苯酚的量為0. 91mmol/g (每克 CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附苯酚為0. 086g)。稱取按上述條件制備的CTAB插層改性磷酸鋯材料lg，放入到150ml 2_氯苯酚濃 度為lOmmol/L的水溶液中，在震蕩器中常溫震蕩2小時，液固分離后，利用紫外光度儀在 293nm測定水溶液中2-氯苯酚濃度，得到CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2-氯苯酚的量為 1. 24mmol/g (每克CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2-氯苯酚為0. 16g)。稱取按上述條件制備的CTAB插層改性磷酸鋯材料lg，放入到150ml 2,4- 二氯苯 酚濃度為lOmmol/L的水溶液中，在震蕩器中常溫震蕩2小時，液固分離后，利用紫外光度儀 在305nm測定水溶液中2，4- 二氯苯酚濃度，得到CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2-氯苯酚 的量為1. 31mmol/g (每克CTAB插層改性磷酸鋯材料吸附2，4- 二-氯苯酚為0. 21g)。
權(quán)利要求
一種高容量吸附酚類化合物磷酸鋯材料，該材料由α-磷酸鋯和十六烷基三甲基溴化胺組成，其特征在于十六烷基三甲基溴化胺插入到α-磷酸鋯層間，十六烷基三甲基溴化胺為該復(fù)合材料的重量百分比的10～30％。
2.一種高容量吸附酚類化合物磷酸鋯材料的制備方法，其特征在于按下述步驟進(jìn)行 以a “磷酸鋯為材料，利用濃度0. 2 0. 5mol/L的甲胺水溶液對磷酸鋯進(jìn)行膠體化處理， 其中a-磷酸鋯和甲胺水溶液的重量比為1 100，處理時間為lOmin lOOmin。經(jīng)過上 述通過步驟處理的a -磷酸鋯經(jīng)過濾后，固相再加入濃度為0. 05 0. lmol/L的CTAB水溶 液中，其中處理后的a _磷酸鋯和CTAB水溶液的重量比為1 100，攪拌反應(yīng)時間為1 5 小時，固相產(chǎn)物經(jīng)過濾，洗滌，60°C下烘干，即得到CTAB插層高容量吸附酚類化合物磷酸鋯 材料，其中CTAB為該復(fù)合材料的重量百分比的10 30%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高容量吸附酚類化合物改性磷酸鋯材料及制備方法，以α-磷酸鋯為基材，利用甲胺降低α-磷酸鋯層板間作用力，進(jìn)而將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)插入層間，制備出CTAB插層改性磷酸鋯材料，其中CTAB重量百分比為10～30％。先利用濃度0.2～0.5mol/L的甲胺水溶液對磷酸鋯進(jìn)行膠體化處理，其中α-磷酸鋯和甲胺水溶液的重量比為1∶100，處理10min～100min。經(jīng)過濾后，固相再加入濃度為0.05～0.1mol/L的CTAB水溶液中，攪拌反應(yīng)時間1～5小時，固相產(chǎn)物經(jīng)過濾，洗滌，60℃下烘干即可。該材料合成材料易得，簡便，對酚類化合物有較高的吸附容量。
文檔編號C02F1/28GK101829544SQ20101016865
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者劉小華, 姚微, 王紅寧, 鐘璟, 陳若愚 申請人:常州大學(xué)