專利名稱：蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑、制備方法以及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型改性蒙脫土，特別涉及一種由聚醚銨陽(yáng)離子、聚乙烯亞胺和蒙脫土共同組成的改性蒙脫土復(fù)合材料粉體及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
由于鉻對(duì)人類自然生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重污染，對(duì)含鉻污水的治理已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。高效、低成本、無二次污染的吸附劑是去除水中金屬離子，特別是鉻離子的主要技術(shù)手段。蒙脫土作為一種天然粘土，具有成本低、無污染、比表面積大、熱穩(wěn)定性高、耐磨性好、可離子交換等特點(diǎn)，是制備工業(yè)用各種吸附劑的良載體。聚乙烯亞胺是一種重要的陽(yáng)離子絮凝劑，廣泛地用于工業(yè)廢水的處理。聚乙烯亞胺通過中和表面電荷，可以有效地去除污水中的重金屬離子和各種菌體。然而，聚乙烯亞胺又是一種水溶性聚合物，因此，在實(shí)際應(yīng)用中如果將其負(fù)載在穩(wěn)定的多孔材料表面，既能提高聚乙烯亞胺的使用效果，又能降低其使用量。因此，蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺是近年新型水處理劑的研發(fā)熱點(diǎn)，但在公開的專利中鮮有提及。大量公開的文獻(xiàn)報(bào)道了采用熔融法和離子交換法制備聚乙烯亞胺和蒙脫土納米復(fù)合材料，能有效地提高聚乙烯亞胺的耐熱性和阻隔性能等。最相關(guān)的報(bào)道是來自西班牙的一家研究機(jī)構(gòu)，在一篇期刊文獻(xiàn)中報(bào)道了采用聚乙烯亞胺、磁性材料以及蒙脫土制備一種雜化材料，并預(yù)測(cè)這個(gè)雜化材料可以有效地用于水中去除六價(jià)鉻。由于作為載體的蒙脫土是層狀硅酸鹽，其片層之間的層間距只有I納米左右。從理論分析和實(shí)際應(yīng)用中可以預(yù)測(cè)，如果提高蒙脫土片層之間的層間距到幾納米，則可以有效地提高聚乙烯亞胺的負(fù)載量，從而提高蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺吸附劑的吸附性能。相關(guān)公開報(bào)道表明，采用聚醚銨 鹽改性蒙脫土，可以提到蒙脫土的層間距高達(dá)8nm以上。如2001年Lin J.J.采用聚醚胺D2000制鹽，插層得到的聚醚銨改性蒙脫土。2004年SalahuddinN.A.采用聚醚胺T5000制鹽插層蒙脫土，并將改性蒙脫土用于高性能環(huán)氧樹脂的制備。2011年北京航空航天大學(xué)采用多種聚醚胺協(xié)同插層蒙脫土，系統(tǒng)地研究了聚醚胺改性蒙脫土的結(jié)構(gòu)和性能。公開號(hào)為CN1693549A的專利用聚醚多元醇改性蒙脫土，用于蒙脫土 /聚氨酯納米復(fù)合材料的制備；公開號(hào)為CN102627285A的專利在原有Ti4+或/和Sb3+柱撐蒙脫土的基礎(chǔ)上，采用聚醚銨陽(yáng)離子協(xié)同插層蒙脫土，進(jìn)一步提高了蒙脫土的層間距，預(yù)期這種這種Ti4+或/和Sb3+柱撐蒙脫土在聚酯催化以及光催化等方面將具有更優(yōu)異的性能。綜上所述，采用聚醚銨陽(yáng)離子和聚乙烯亞胺協(xié)同插層蒙脫土制備水處理劑，可以得到高效、低成本、長(zhǎng)壽命的水處理吸附劑，這方面的研究和相關(guān)專利在國(guó)內(nèi)外尚未見公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由聚醚銨陽(yáng)離子、聚乙烯亞胺和蒙脫土共同組成的改性蒙脫土復(fù)合材料粉體以及制備方法，這種改性蒙脫土復(fù)合材料粉體可以用做去除污水中金屬鉻離子的水處理劑。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑，其特征在于，該水處理劑由聚醚銨陽(yáng)離子、聚乙烯亞胺和蒙脫土組成；其中聚醚銨陽(yáng)離子占該水處理劑總量的lwt9T30wt%，聚乙烯亞銨占該水處理劑重量的5被% 80被％，其余為蒙脫土。如上所述的蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑的制備方法，其特征在于，在常壓、6(T80°C的溫度條件下，用聚醚銨鹽和聚乙烯亞胺插層蒙脫土，經(jīng)過濾、干燥后得到蒙脫土納米復(fù)合材料粉體，即為所述的蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑。進(jìn)一步的，聚醚銨陽(yáng)離子與蒙脫土反應(yīng)時(shí)，采用水與丙酮的混合溶液作為分散介質(zhì)，聚醚銨陽(yáng)離子與蒙脫土的可交換陽(yáng)離子(CEC)比為0.f 2，反應(yīng)溫度為6(T80°C，加熱回流反應(yīng)時(shí)間為Γ8小時(shí)。CEC為土壤膠體所能吸附各種陽(yáng)離子的總量，其數(shù)值以每千克土壤中含有各種陽(yáng)離子的物質(zhì)的量來表示，即mol/kg
進(jìn)一步的，聚乙烯亞胺與蒙脫土反應(yīng)時(shí)，采用的分散介質(zhì)為乙醇、水或者是二者的混合溶液，聚乙烯亞胺與蒙脫土的可交換陽(yáng)離子(CEC)比為0.5 4，反應(yīng)溫度為6(T80°C，加熱回流反應(yīng)時(shí)間為0.5 8小時(shí)。進(jìn)一步的，所述聚醚銨鹽是由聚醚二胺或聚醚三胺與氯化氫水溶液反應(yīng)制得，所述聚醚二胺或聚醚三胺的平均分子量為40(Γ5000。進(jìn)一步的，所述聚乙烯亞胺的平均分子量為5000-30000。進(jìn)一步的，先用 聚醚銨鹽插層蒙脫土，再用聚乙烯亞胺插層蒙脫土。如上所述的蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑的應(yīng)用，其特征在于，該水處理劑用于污水或飲用水中金屬離子的去除。進(jìn)一步的，所述金屬離子為六價(jià)鉻離子。發(fā)明原理:
聚乙烯亞胺是一種重要的陽(yáng)離子絮凝劑，廣泛地用于工業(yè)廢水的處理。聚乙烯亞胺通過中和表面電荷，可以有效地去除污水中的重金屬離子和各種菌體。然而，聚乙烯亞胺又是一種水溶性聚合物，因此，在實(shí)際應(yīng)用中如果將其負(fù)載在穩(wěn)定的多孔材料表面，既能提高聚乙烯亞胺的使用效果，又能降低其使用量。大量公開的文獻(xiàn)報(bào)道了采用熔融法和離子交換法制備聚乙烯亞胺和蒙脫土納米復(fù)合材料，能有效地提高聚乙烯亞胺的耐熱性和阻隔性能等。最相關(guān)的報(bào)道是來自西班牙的一家研究機(jī)構(gòu)，在一篇期刊文獻(xiàn)中報(bào)道了采用聚乙烯亞胺、磁性材料以及蒙脫土制備一種雜化材料，并預(yù)測(cè)這個(gè)雜化材料可以有效地用于水中去除六價(jià)鉻。由于作為載體的蒙脫土是層狀硅酸鹽，其片層之間的層間距只有I納米左右。從理論分析和實(shí)際應(yīng)用中可以預(yù)測(cè)，如果提高蒙脫土片層之間的層間距到幾納米，則可以有效地提高聚乙烯亞胺的負(fù)載量，從而提高蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺吸附劑的吸附性能。相關(guān)公開報(bào)道表明，采用聚醚銨鹽改性蒙脫土，可以提到蒙脫土的層間距高達(dá)8nm以上。如2001年Lin J.J.采用聚醚胺D2000制鹽，插層得到的聚醚銨鹽改性蒙脫土。2004年Salahuddin N.A.采用聚醚胺T5000制鹽插層蒙脫土，并將改性蒙脫土用于高性能環(huán)氧樹脂的制備。2011年北京航空航天大學(xué)采用多種聚醚銨鹽協(xié)同插層蒙脫土，系統(tǒng)地研究了聚醚銨鹽改性蒙脫土的結(jié)構(gòu)和性能。綜上所述，采用聚醚銨陽(yáng)離子和聚乙烯亞胺協(xié)同插層蒙脫土制備水處理劑，可以得到高效、低成本、長(zhǎng)壽命的水處理吸附劑。
發(fā)明優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明所述蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑及其制備方法的優(yōu)點(diǎn)是:
具有比表面積大、熱穩(wěn)定性好、成本低等特點(diǎn)，可用于各種污水及飲用水處理，能有效地去除各種金屬離子，特別是對(duì)去除六價(jià)鉻具有明顯的效果，且這種新型蒙脫土納米復(fù)合材料粉體的制備工藝簡(jiǎn)單、條件溫和，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1
將1.7g聚醚胺D400溶解在36ml丙酮中，1.5g鹽酸溶液(37wt%)與12ml去離子水混合，磁力攪拌下，向D400丙酮溶液中滴加鹽酸溶液。滴加完畢后，繼續(xù)磁力攪拌3h，得到聚醚銨鹽D400溶液。15g鈉基蒙脫土分散在IOOml的去離子水中，配制成蒙脫土懸浮液。在室溫、磁力攪拌的條件下，將上述聚醚銨鹽D400溶液緩慢滴入蒙脫土懸浮液中；滴加完畢后，反應(yīng)體系升溫至60°C，磁力攪拌下回流0.5小時(shí)，得到聚醚銨陽(yáng)離子改性蒙脫土混合液。將反應(yīng)混合液離心、過濾，分離出聚醚銨陽(yáng)離子改性蒙脫土。將上述聚醚銨陽(yáng)離子改性蒙脫土分散在IOOOml的去離子水中，室溫下邊攪拌邊加入44g聚乙烯亞胺；添加完畢后，將反應(yīng)體系升溫至80°C，磁力攪拌下回流0.5小時(shí)。將反應(yīng)混合液離心，用去離子水在磁力攪拌下洗兩遍；離心，過濾，80°C下真空4小時(shí)烘干，并在冷卻到室溫后研磨，得到聚醚銨陽(yáng)離子和聚乙烯亞胺協(xié)同改性的蒙脫土納米復(fù)合材料粉體。應(yīng)用:測(cè)試水樣為六價(jià)鉻濃度為IOOppm的六價(jià)鉻標(biāo)液。在一系列150mL燒瓶中各加入IOOmL水樣,分別投放改性蒙脫土納米復(fù)合材料粉體0.2g,0.4g,0.6g, 0.8g,和lg,然后以lOOr/min的速度攪拌lh，離心取上層清液測(cè)定Cr含量。結(jié)果表明在最佳投放量時(shí)Cr去除率達(dá)到92.7%。具體去除效果見表I。表1:
權(quán)利要求
1.一種蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑，其特征在于，該水處理劑由聚醚銨陽(yáng)離子、聚乙烯亞胺和蒙脫土組成；其中聚醚銨陽(yáng)離子占該水處理劑總量的lwt9T30wt%，聚乙烯亞銨占該水處理劑重量的5wt9T80wt%，其余為蒙脫土。
2.如權(quán)利要求1所述的蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑的制備方法，其特征在于，在常壓、6(T80°C的溫度條件下，用聚醚銨鹽和聚乙烯亞胺插層蒙脫土，經(jīng)過濾、干燥后得到蒙脫土納米復(fù)合材料粉體，即為所述的蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，聚醚銨陽(yáng)離子與蒙脫土反應(yīng)時(shí)，采用水與丙酮的混合溶液作為分散介質(zhì)，聚醚銨陽(yáng)離子與蒙脫土的可交換陽(yáng)離子(CEC)比為0.1 2，反應(yīng)溫度為6(T80°C，反應(yīng)時(shí)間為1 8小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，聚乙烯亞胺與蒙脫土反應(yīng)時(shí)，分散介質(zhì)為乙醇、水或者是二者的混合溶液，聚乙烯亞胺與蒙脫土的可交換陽(yáng)離子(CEC)比為0.5 4，反應(yīng)溫度為6(T80°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5^8小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述聚醚銨鹽是由聚醚二胺或聚醚三胺與氯化氫水溶液反應(yīng)制得，所述聚醚二胺或聚醚三胺的平均分子量為40(Γ5000。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯亞胺的平均分子量為5000-30000。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，先用聚醚銨鹽插層蒙脫土，再用聚乙烯亞胺插層蒙脫土。
8.如權(quán)利要求1所述的蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑的應(yīng)用，其特征在于，該水處理劑用于污水或飲用水中金屬離子的去除。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述金屬離子為六價(jià)鉻離子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蒙脫土負(fù)載聚乙烯亞胺水處理劑、制備方法以及應(yīng)用，該水處理劑由聚醚銨陽(yáng)離子、聚乙烯亞胺和蒙脫土組成；其中聚醚銨陽(yáng)離子占該水處理劑總量的1wt%~30wt%，聚乙烯亞銨占該水處理劑重量的5wt%~80wt%，其余為蒙脫土。在常壓、60~80℃的溫度條件下，用聚醚銨鹽和聚乙烯亞胺協(xié)同插層蒙脫土，經(jīng)過過濾、干燥，得到蒙脫土納米復(fù)合材料粉體。該處理劑可有效去除污水或飲用水中的金屬離子，尤其對(duì)于吸附去除六價(jià)鉻離子有明顯的效果，而且制備工藝簡(jiǎn)單、條件溫和，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/62GK103193242SQ20131012135
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者唐永春, 李海, 馬駿, 張琳琳 申請(qǐng)人:蘇州旭達(dá)環(huán)保科技有限公司