專利名稱：一種改性的蒙脫土及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改性的蒙脫土及其制備方法和用途，具體的說是一種改性的鈣 (鈉)基蒙脫土及其制備方法及和作為吸附劑的應用。
背景技術：
吸附法是去除水體中有機污染物的一種常用方法。目前常用的吸附劑有活性炭、 樹脂、天然礦物等，大量且廣泛應用于不同類型有機污染物如化工原料、農藥以及染料等廢 水的吸附研究及處理中。但是，活性炭用于水體有機污染物處理費用較高，再生困難，使其 使用受到限制；樹脂雖然處理量較大、性質穩(wěn)定，但也存在成本較高且再生困難的問題。蒙 脫土是一種含水硅酸鹽類細粒粘土礦物，其特殊的晶體結構賦予了蒙脫土許多特性，如膨 脹性、吸附性、離子交換性、分散性、懸浮性和粘結性等，且在全球儲量豐富，應用前景廣闊。 天然的蒙脫土在實際應用中往往需要通過改性，以提高其使用性能，擴大應用領域(李夢 耀，車紅榮.膨潤土的改性研究及在污水處理中的應用，長安大學學報(建筑與環(huán)境科學 版)，2004，21(2) :42-51)。目前，國內外學者的研究主要集中在對其進行化學改性如無機 改性、有機改性以及無機-有機復合改性研究，以使其用于不同類型水體污染物的吸附去 除研究應用(李娜，馬建中，鮑艷.蒙脫土改性研究進展，化學研究，2009，20(1) :98-103)。 這些方法一般操作較為繁瑣且需要相對專業(yè)的操作技能，限制了其應用普及。因此，研究開 發(fā)成本較低且操作簡便易行的改性蒙脫土技術具有十分重要的現實意義。

發(fā)明內容
1.發(fā)明要解決的技術問題針對現有的蒙脫土改性方法所存在的難以應用的問題，本發(fā)明提供一種改性的蒙 脫土及其制備方法和用途，通過該方法獲得的改性蒙脫土可作為吸附劑，即在將蒙脫土經 過熱改性然后可以作為水體中有機物吸附劑。2.技術方案一種改性的蒙脫土的制備方法，其步驟為取市售鈣(鈉)基蒙脫土(粒徑不大 于0. 1mm，太大時煅燒容易不均勻且吸附效果不好)取適量置于磁質坩堝中，在馬弗爐中以 600 (士 10)°C恒溫煅燒8-24小時，然后爐溫降至105°C (保持在水的沸點以上避免吸濕)時 取出保存在干燥器中備用。上述的煅燒升溫程序如下以2°C /min以上的升溫速度(若馬弗爐允許，可最 大速度調至5°C /min)逐漸升至600°C，保持8_24小時，然后在馬弗爐中保持自然降溫至 105 °C。吸附實驗操作步驟如下稱取一定量改性后的蒙脫土置于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL —定濃度的有機 物水溶液，在旋轉混合器上室溫避光平衡24h后取下離心，取上清液待分析。根據平衡前后 有機物濃度差計算吸附量。
吸附實驗中，有機物的投加采取加入不同體積一定濃度的有機物甲醇儲備液方 式，為避免醇的共溶效應而阻抑有機物的吸附，投加時控制甲醇量低于5%。；目標有機物濃 度選取在其在純水中溶解度范圍之內，考慮到實際操作溫度以及不同規(guī)格試劑差別的影 響，選取有機物濃度應該盡量低于所報導的其在水中的溶解度，以保證在平衡實驗中有機 物確實溶解，本實驗中最大濃度選取不大于所報導各有機物在20°C水中溶解度的50% ；另 外，實驗前應進行預實驗，以確定平衡所需時間，以使在實驗時間內吸附達到充分平衡；且 應該通過無吸附劑空白實驗來進行除蒙脫土吸附外的其它導致溶液中有機物濃度降低的 因素考察，確使其它損耗可以忽略或每次均可以定量扣除。3.有益效果本發(fā)明提供了一種改性的蒙脫土及其制備方法和用途，與已有相關技術相比，本 發(fā)明的優(yōu)點突出表現在制備步驟簡單，操作技術要求不高，所選用原蒙脫土為商用品，可 直接購得，價廉。所制備得到的改性的蒙脫土用于有機污染物吸附時，吸附效果好。


圖1是本發(fā)明涉及的蒙脫土改性前后的FTIR譜圖，橫坐標為紅外吸收波數，縱坐 標為吸收峰強度(圖中插入部分為對lOOOIOOcm—1范圍的圖譜放大)。圖1結果表明高溫 煅燒后蒙脫土脫掉大部分層間游離吸附水，僅保留了一些晶格中的結晶水，導致有更多的 空間使得有機物分子可以插入礦物的片層之間，從而增大了對有機物的吸附容量。lOOOcm—1 以下的指紋區(qū)，改性前后FTIR圖譜相似，都存在蒙脫土的特征峰，說明熱改性后蒙脫土硅 酸鹽的骨架未變，但也存在微小差別，說明這兩種物質骨架雖相似，但顯然已不屬于同一種 物質。圖2是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對除草劑苯噻草胺(mefenacet)的吸附等溫線， 橫坐標為平衡濃度(mg/L)，縱坐標為平衡吸附量(mg/kg)。圖3是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對菲(phenanthrene)的吸附等溫線，橫坐標為平 衡濃度(mg/L)，縱坐標為平衡吸附量(mg/kg)。圖4是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對除草劑阿特拉津(atrazine)的吸附等溫線，橫 坐標為平衡濃度(mg/L)，縱坐標為平衡吸附量(mg/kg)。圖5是本發(fā)明涉及的改性蒙脫土對硝基苯(nitrobenzene)的吸附等溫線，橫坐標 為平衡濃度(mg/L)，縱坐標為平衡吸附量(mg/kg)。圖2-5中誤差棒表示兩組平行實驗的相對偏差。
具體實施例方式以下通過具體實例進一步說明本發(fā)明。實施例1 熱改性蒙脫土的制備市售鈣(鈉)基蒙脫土(粒徑不大于0. 1mm)取適量置于磁質坩堝中，在馬弗爐中 以600 (士 10)°C煅燒8-24小時，爐溫降至105°C (在水的沸點以上避免吸濕)時取出保存 在干燥器中備用。煅燒升溫程序如下以2-5°C /min逐漸升至600°C，保持8_24小時，然后 在馬弗爐中保持自然降溫至105°C取出置于干燥器備用。本實驗同時進行了其它六個煅燒溫度下的蒙脫土對有機物的吸附實驗研究，煅燒
4處理方法同上，煅燒溫度分別為105°c、200°c、40(rc、50(rc、70(rc和900°C，以與600°C下 制備的蒙脫土材料的吸附效果相對比，結果發(fā)現煅燒溫度在200°C以下和900°C時，對有機 物基本無吸附，其余三個溫度下吸附量大小順序為500°C> 700°C> 400°C，但均低于或遠 遠低于600°C下效果，所以本發(fā)明選定600°C為最佳煅燒溫度，允許上下10°C誤差；實施例2 熱改性蒙脫土對酰胺類除草劑苯噻草胺的靜態(tài)吸附實驗準確稱取0. 030g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質溶 液。背景電解質為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進樣器 準確取一定量的苯噻草胺甲醇儲備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋子，在 室溫條件下于旋轉混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min，取lmL 上清液用于測定溶液中苯噻草胺的濃度，根據差減法由式= (C0-Ce)*V/w計算平衡時苯 噻草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機物濃度，Ce為吸附平衡時 有機物濃度，V為溶液體積，w為吸附質質量。無土對照實驗表明，實驗過程中因揮發(fā)、降解 和瓶壁吸附而造成的苯噻草胺的損失可忽略不計。等溫吸附曲線示于附圖2。實施例3 熱改性蒙脫土對三氮類除草劑阿特拉津的靜態(tài)吸附實驗準確稱取0. 020g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質溶 液。背景電解質為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進樣器準 確取一定量的新配置的阿特拉津甲醇儲備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋 子，在室溫條件下于旋轉混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min， 取lmL上清液用于測定溶液中苯噻草胺的濃度，根據差減法由式1= (QrCehV/w計算平衡 時苯噻草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機物濃度，Ce為吸附平 衡時有機物濃度，V為溶液體積，w為吸附質質量。無土對照實驗表明，實驗過程中因揮發(fā)、 降解和瓶壁吸附而造成的菲的損失可忽略不計。等溫吸附曲線示于附圖4。實施例4 熱改性蒙脫土對多環(huán)芳烴類污染物菲的靜態(tài)吸附實驗準確稱取0. 020g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質溶 液。背景電解質為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進樣器 準確取一定量的菲-甲醇儲備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋子，在室溫 條件下于旋轉混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min，取lmL上 清液用于測定溶液中苯噻草胺的濃度，根據差減法由式qe = (QrCeRV/w計算平衡時苯噻 草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機物濃度，Ce為吸附平衡時有 機物濃度，V為溶液體積，w為吸附質質量。無土對照實驗表明，實驗過程中因揮發(fā)、降解和 瓶壁吸附而造成的菲的損失可忽略不計。等溫吸附曲線示于附圖3。實施例5 熱改性蒙脫土對化工原料硝基苯的靜態(tài)吸附實驗準確稱取0. 020g改性蒙脫土樣品于22mL玻璃離心瓶中，加入20mL背景電解質溶 液。背景電解質為0.02mol/L NaCl和200mg/L NaN3(抑菌劑)溶液。然后用微量進樣器準 確取一定量的硝基苯甲醇儲備液于土水懸濁液中。蓋上具聚四氟乙烯墊片的蓋子，在室溫 條件下于旋轉混合器中避光混合。24h后取樣，同樣溫度下3500rpm離心30min，取lmL上 清液用于測定溶液中苯噻草胺的濃度，根據差減法由式qe = (QrCeRV/w計算平衡時苯噻 草胺的吸附量。式中qe即為材料平衡吸附容量，C0為初始有機物濃度，Ce為吸附平衡時有 機物濃度，V為溶液體積，w為吸附質質量。無土對照實驗表明，實驗過程中因揮發(fā)、降解和瓶壁吸附而造成的硝基苯的損失可忽略不計。等溫吸附曲線示于附圖5。通過對四種不同性質有機物的吸附實驗測定結果表明，以本發(fā)明熱改性鈣基蒙脫 土作為吸附劑對水溶液中從痕量到大量的有機物均有非常好的吸附效果。特別地，當水體 中苯噻草胺和菲濃度低至0. 05mg/L時，改性蒙脫土對他們的吸附效果依然較好，吸附容 量平均達30 u g/g ；阿特拉津和硝基苯濃度低至0. 5mg/L時，吸附容量分別為220 u g/g和 350u g/go本發(fā)明并不限于以上實施例。
權利要求
一種改性的蒙脫土的制備方法，其步驟為(1)將鈣(鈉)基蒙脫土置于磁質坩堝中，在馬弗爐中以600±10℃恒溫煅燒8-24小時；(2)然后爐溫降至105℃時取出保存在干燥器中備用。
2.根據權利要求1所述的一種改性的蒙脫土的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述 的鈣(鈉)基蒙脫土粒徑不大于0. 1mm。
3.根據權利要求1所述的一種改性的蒙脫土的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述 的煅燒升溫程序如下以2 5°C /min逐漸升至600°C。
4.權利要求1 3中任一項所述的改性的蒙脫土的制備方法制備得到的改性的蒙脫土。
5.權利要求4中所述的改性的蒙脫土作為去除水體系中有機污染物吸附劑的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改性的蒙脫土及其制備方法和應用。其制備方法步驟為將鈣(鈉)基蒙脫土置于磁質坩堝中，在馬弗爐中以600±10℃恒溫煅燒8-24小時；然后爐溫降至105℃時取出保存在干燥器中備用。所制備得到的改性的蒙脫土用于有機污染物吸附時，吸附效果好。本發(fā)明制備步驟簡單，操作技術要求不高，所選用原蒙脫土為商用品，可直接購得，價廉。
文檔編號B01J20/16GK101850238SQ20091026423
公開日2010年10月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者何歡, 孫成, 張娟, 王永花, 王磊, 郭會琴, 陳廣春 申請人:南京大學