專利名稱：聚硅氧烷季銨鹽改性沸石的制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的制備方法和應用，具體涉及一種天然沸石表面的硅氧烷季銨鹽單體化合物現(xiàn)場聚合方法以及聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石在水處理方面的應用。
背景技術：
隨著世界范圍內水污染日趨嚴重和可用水資源的逐漸匱乏，污水處理，生態(tài)農(nóng)業(yè)，及水資源保護等問題已受到世界各國的普遍重視。中國作為發(fā)展中的人口大國，一方面，工業(yè)化生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的大量工業(yè)污水，人們日常生活中所產(chǎn)生的生活污水，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中由于農(nóng)肥和農(nóng)藥自土壤中流失而產(chǎn)生的污水急劇增加，從而導致大部分江河流域的水污染越來越嚴重，地表水已進入富營養(yǎng)化階段，飲用水安全受到威脅，重大水污染事件時有發(fā)生；另一方面，我國水資源總量2.8萬億立方米，只相當于世界人均水平的I / 4，是世界13個貧水國家之一，但水資源的有效使用率，特別是農(nóng)業(yè)用水的效率還有待進一步提高。目前，水污染已嚴重制約我國經(jīng)濟和社會的穩(wěn)定發(fā)展，對于一些與老百姓日常生活密切相關的自來水水源的水質惡化及污染如太湖藍藻事件，還沒有有效的預防和根治方法；水資源的低效使用和區(qū)域分配不均已嚴重影響我國一些地方的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展。為了有效地控制水污染的惡化趨勢和高效使用水資源，國家已制定了更為嚴格的污水排放標準和飲用水質標準，同時鼓勵相關企業(yè)和研究機構開發(fā)能提高水資源使用效率的新材料及技術，因此研究和開發(fā)出一些高效、價廉的水處理材料及技術具有非常現(xiàn)實的經(jīng)濟和社會意義。天然沸石是1756年被瑞典礦物學家A.F.C r o n s t e d首先發(fā)現(xiàn)的含有水架狀結構的鋁硅酸鹽礦物，是一族多孔的堿金屬和堿土金屬鹽的總稱，其內部有許多大小均一的孔道，比表面積可達到300 400m2 / g，因而具有優(yōu)良的吸附性、離子交換性和催化性能等。天然沸石因其具有優(yōu)于合成沸石的熱穩(wěn)定性、耐酸性、耐輻射性，以及成本低、儲量大等特點，已成為當今世界各國極為重視的新興礦產(chǎn)資源，并越來越受重視。我國是一個天然沸石資源豐富的國家?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的天然沸石產(chǎn)地主要分布在我國21個省市、自治區(qū)，共有沸石巖石產(chǎn)地150多處，總儲量達40億噸。天然沸石因其表面帶有負電荷和具有極性硅羥基基團而對陽離子具有較高的交換容量，但對水中的陰離子污染物的吸附能力較差。為了提高天然沸石對水中陰離子污染物的吸附能力和擴展天然沸石的應用領域和范圍，有必要對其表面進行改性。中國專利CN102921378A公開了松香基季銨鹽陽離子表面活性劑改性沸石的制備方法及應用。該專利方法將松香基季銨鹽吸附于沸石的表面來制備松香基季銨鹽陽離子表面活性劑改性沸石并用于飲用水中溶解性有機物(腐植酸)、印染廢水中陰離子染料(剛果紅)和銅離子等重金屬污染物的去除。美國專利US20040108274A1公開了十六烷基三甲基氯化銨改性沸石的制備方法及去除水中有害微生物的應用。以上這些方法制備的改性沸石雖然對水中陰離子污染物具有良好的吸附能力，但缺點是通過靜電作用固載到沸石表面的小分子陽離子化合物在使用的過程中會緩慢地釋放到被處理的水中而導致其表面活性成分的逐漸下降，從而造成其使用壽命較短。因此，開發(fā)一種使用壽命較長的改性沸石具有非常重要的現(xiàn)實意義
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有改性沸石材料及其技術存在的一些缺點，提供一種材料來源廣泛便宜、制備路線簡單的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石材料及其技術。本發(fā)明的技術方案為，娃氧燒季銨鹽是一類帶有正電荷的可水解和聚合的有機娃季銨鹽化合物，如果通過獨特的原位聚合方法，使得硅氧烷季銨鹽單體化合物均勻地聚合于沸石的表面，充分利用聚硅氧烷季銨鹽的大分子和正電荷特性以及沸石的高比表面積和表面帶負電荷的特性，就有可能制備性能優(yōu)良的非溶出型聚硅氧烷季銨鹽改性沸石材料。目前，還沒有這方面的報道。為此，本發(fā)明采用天然沸石為載體，通過硅氧烷季銨鹽單體化合物在其表面的原位聚合來制備對環(huán)境無害的非溶出型聚硅氧烷季銨鹽改性沸石。本發(fā)明所述的非溶出型聚硅氧烷季銨鹽改性沸石可以通過硅氧烷季銨鹽單體化合物在沸石表面的原位聚合來制備，具體過程包括如下步驟:(I)天然沸石的清洗:將天然沸石和蒸餾水按重量比1:20_30進行混合，攪拌30-40分鐘后過濾，重復該步驟3-4次，然后干燥備用；(2)硅氧烷季銨鹽單體化合物在天然沸石表面的現(xiàn)場聚合:將硅氧烷季銨鹽單體化合物加入到去離子水中進行混合，攪拌或震蕩30-40分鐘，使硅氧烷季銨鹽單體化合物充分水解，加入清洗過的天然沸石，攪拌或震蕩30-40分鐘，然后加入3-5mol/L強酸水溶液，在O 100°C下攪拌或震蕩反應I至72小時，硅氧烷季銨鹽單體化合物和天然沸石的重量比為1:5 10000，強酸水溶液和去離子水的體積比為1:1 1000,聚合反應溫度優(yōu)選為15°C 60°C ;反應時間優(yōu)選為4 24小時；娃氧燒季銨鹽單體化合物和天然沸石的重量比優(yōu)選為1:10 200 ；4mol/L強酸水溶液和去離子水的體積比優(yōu)選為1:5 100 ;反應結束后過濾并洗滌聚硅氧烷季銨鹽改性的天然沸石直到洗滌液的PH顯中性，然后干燥備用。所述的硅氧烷季銨鹽單體化合物的化學結構如式(I)所示:
權利要求
1.一種聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的制備方法，其特征在于，包含以下步驟: (1)天然沸石的清洗: 將天然沸石和蒸餾水按重量比1:20-30進行混合，攪拌30-40分鐘后過濾，重復該步驟3-4次，然后干燥備用； (2)硅氧烷季銨鹽單體化合物在天然沸石表面的現(xiàn)場聚合: 將硅氧烷季銨鹽單體化合物加入到去離子水中進行混合，攪拌或震蕩30-40分鐘，使硅氧烷季銨鹽單體化合物充分水解，加入清洗過的天然沸石，攪拌或震蕩30-40分鐘，然后加入3-5mol/L強酸水溶液，在O 100°C下攪拌或震蕩反應I至72小時，硅氧烷季銨鹽單體化合物和天然沸石的重量比為1:5 10000，強酸水溶液和去離子水的體積比為1:1 1000,反應結束后過濾并洗滌聚硅氧烷季銨鹽改性的天然沸石直到洗滌液的pH顯中性，然后干燥備用。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的制備方法，其特征在于，所述的硅氧烷季銨鹽單體化合物的化學結構如式(I)所示:
3.根據(jù)權利要求2所述的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的制備方法，其特征在于，R1,R2和R3為C1 C3烷氧基；R4、R5和R6為C1 C18烷基。
4.權利要求1所述的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的制備方法，其特征在于，步驟(2)的反應溫度為15 60°C,反應時間為4 24小時，強酸水溶液和去離子水的體積比為1:5 100。
5.權利要求1所述的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的強酸為鹽酸、硫酸或硝酸中的任意一種或兩種以上的混合。
6.權利要求1所述的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的制備方法，其特征在于步驟(2)中，硅氧烷季銨鹽單體化合物和天然沸石的重量比為1: 10 200。
7.根據(jù)權利要求1-6任一所述的方法制備的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石用于吸附水中Cr2O72'腐植酸、剛果紅。
8.根據(jù)權利要求1-6任意一項所述的方法制備的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石用于水體凈化和消毒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚硅氧烷季銨鹽改性沸石的制備方法及其應用，以天然沸石為載體，通過硅氧烷季銨鹽單體化合物在其表面的原位聚合來制備對環(huán)境無害的聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石。這種聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石的表面帶有正電荷，不僅對水中的帶有負電荷的污染物如Cr2O72-、腐植酸和剛果紅等具有很強的吸附能力，而且具有很強的抑菌抗菌功效，能廣泛應用于各種水體的凈化和消毒處理。本發(fā)明制備工藝簡單，所得聚硅氧烷季銨鹽改性天然沸石有較長的使用壽命；與未改性的天然沸石相比，其對水中陰離子和有機污染物的吸附能力有了很大的提高，同時，在凈化水體的過程中同時抑制有害微生物的繁殖和生長。
文檔編號C02F1/28GK103212384SQ20131011798
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權日2013年4月1日
發(fā)明者梁杰, 陸佳杰, 焦玉超, 李改 申請人:上海師范大學