一種酸改性膨潤土吸附劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種酸改性膨潤土吸附劑及其制備方法，所述膨潤土吸附劑總孔體積為0.20-0.40cm3/g，比表面積為90.0-160.0m2/g，其制備方法包括：將原料膨潤土粉末與酸的水溶液混合；將混合好的漿液進行水熱反應(yīng)處理；將水熱反應(yīng)處理后的膨潤土漿液進行抽濾；將抽濾后的改性膨潤土濾餅進行烘干、粉碎，得到所述的膨潤土吸附劑。本發(fā)明的改性膨潤土具有較高的比表面積，在吸附方面具有更好的性能。
【專利說明】一種酸改性膨潤土吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及膨潤土的制備，具體的說，涉及一種酸改性膨潤土吸附劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]促進環(huán)境與經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今全球進步的大主題，其中能源及重工行業(yè)的環(huán)保措施對自然環(huán)境及資源環(huán)境的保護意義重大。近年來，一些化工企業(yè)與石化企業(yè)出現(xiàn)多起泄露、爆炸等重大環(huán)境污染事件，面對類似突發(fā)事件，希望可以找到一種快速、高效且對環(huán)境友好型的污染物處理方法。采用吸附等物理方法既能控制污染物的擴散又能避免對周圍土壤、水源環(huán)境、海洋造成二次污染，同時，也為溢出化學(xué)品的回收提供了可能性。
[0003]天然的粘土類吸附材料自身具有可以吸水及吸附有機物液體的能力，是制備吸附劑良好的天然材料。我國具有豐富的膨潤土、蒙脫土、硅藻土等天然吸附劑資源，特別是膨潤土，在我國的儲量居世界第2位。膨潤土自身結(jié)構(gòu)是2:1層狀硅酸鹽，形成相鄰單元層之間是以分子力連接，則其分子結(jié)構(gòu)松散具有良好的親水性。膨潤土骨架中的Al3+和Si4+可被Mg2+、Ca2+或Fe2+置換，則陽離子骨架上有剩余負電荷，即可吸附各種陽離子和極性分子。膨潤土結(jié)構(gòu)中有獨特的雙八面體結(jié)構(gòu)和層狀組合具有較大的比表面積，所以對大分子有機物具有高度的選擇吸附性。通過對膨潤的化學(xué)改性方法可以改變其電負性并且溶掉骨架結(jié)構(gòu)制造更多的大孔出現(xiàn)，實現(xiàn)針對更多的有機物進行快速、高效的吸附。
[0004]CN1054755A公開了一種膨潤土的活化方法，其主要包括以下步驟:首先，采用將膨潤土粉加入反應(yīng)釜，并加入酸進行加壓反應(yīng)。其中硫酸濃度為膨潤土粉重量的10%-20%(98%濃硫酸)，反應(yīng)溫度為115-133°C，反應(yīng)壓力為2_3kg/cm2，反應(yīng)時間為3_4小時。其次，利用有內(nèi)洗濾瓶的板框壓濾機進行活性白土和廢酸的固液分離。CN1184001A還公開了一種膨潤土吸附劑的生產(chǎn)工藝，其主要包括以下步驟:以10-40%wt濃度的的硫酸酸化膨潤土，水洗后壓濾且控制水分30-55%wt，濾餅進行直接擠壓成型；而后使成型濾餅用200-600 0C的過熱蒸汽處理。
[0005]但是，上述現(xiàn)有技術(shù)中對于膨潤土改性處理的方法都涉及利用高濃度的硫酸加入酸化，而制備得到的濾餅存在殘余酸量多，反應(yīng)程序復(fù)雜、處理條件苛刻容易造成二次污染等問題，并不能達到簡單高效的工業(yè)化利用的要求。而且，上述方法中的水熱處理過程對設(shè)備的要求高、操作復(fù)雜、能耗大，不利于長期大量的應(yīng)用。
[0006]因此，研發(fā)出一種酸改性膨潤土吸附劑的簡易制備方法，無需采用高濃度的酸酸化或較高的反應(yīng)溫度，就能制備得到高比表面積的膨潤土吸附劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目的在于提供一種酸改性膨潤土吸附劑，本發(fā)明的改性膨潤土具有較高的比表面積，在吸附方面具有更好的性能。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供所述酸改性膨潤土吸附劑的制備方法，本發(fā)明的方法酸濃度低，處理條件較為溫和，操作簡易。
[0009]為達上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種酸改性膨潤土吸附劑，所述膨潤土吸附劑總孔體積為0.20-0.40cm3/g,比表面積為90.0-160.0m2/g。
[0010]其中本發(fā)明進一步優(yōu)選所述膨潤土吸附劑總孔體積為0.29cm3/g,比表面積為154.4m2/g。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，制備膨潤土吸附劑的膨潤土原料是鈉基膨潤土粉末，或者是韓基膨潤土粉末。
[0012]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，所述的鈉基膨潤土粉末可以為任意市售本領(lǐng)域常規(guī)的鈉基膨潤土粉末，其中本發(fā)明優(yōu)選的是比表面積為15-30m2/g的鈉基膨潤土粉末。
[0013]其中本發(fā)明最優(yōu)選的是比表面積為26.5m2/g左右的鈉基膨潤土。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，所述的鈣基膨潤土粉末可以為任意市售本領(lǐng)域常規(guī)的鈣基膨潤土粉末，其中本發(fā)明優(yōu)選的是比表面積15-36m2/g的鈣基膨潤土粉末。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，所述的膨潤土吸附劑由包括以下步驟的方法制備得到:
[0016](I)將原料膨潤土粉末與酸的水溶液混合；
[0017](2)將混合好的漿液進行水熱反應(yīng)處理；
[0018](3)將水熱反應(yīng)處理后的膨潤土漿液進行抽濾；
[0019](4)將抽濾后的改性膨潤土濾餅進行烘干、粉碎，得到所述的膨潤土吸附劑。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，所述的酸的水溶液質(zhì)量百分比濃度為0.1_8%。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，優(yōu)選所述的酸的水溶液質(zhì)量百分比濃度為
0.5_3.5% ο
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，更優(yōu)選所述的酸的水溶液質(zhì)量百分比濃度為
3% ο
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，酸的水溶液與原料膨潤土粉末的質(zhì)量比為15-1:1。
[0024]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明更優(yōu)選酸的水溶液與原料膨潤土粉末的質(zhì)量比為10-5:1。
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明進一步更優(yōu)選酸的水溶液與原料膨潤土粉末的質(zhì)量比為8:1。
[0026]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，所述的酸為硫酸、磷酸、鹽酸、氫氟酸、乙酸、草酸和檸檬酸中的一種或幾種的組合。
[0027]其中可以理解的是，本發(fā)明所述的硫酸、磷酸、鹽酸、氫氟酸、乙酸、草酸和檸檬酸均為市售的產(chǎn)品，其為市售常規(guī)狀態(tài)，當(dāng)市售的為水溶液時，這里所述的硫酸、磷酸、鹽酸、氫氟酸、乙酸、草酸和檸檬酸為其常規(guī)的水溶液狀態(tài)。
[0028]當(dāng)所述酸處理使用的酸為上述兩種以上的酸的組合時，其可以按照任意質(zhì)量比混
口 ο
[0029]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，水熱反應(yīng)的溫度為95-110°C。
[0030]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明更優(yōu)選水熱反應(yīng)的溫度為100-110°C。
[0031]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明進一步更優(yōu)選水熱反應(yīng)的溫度為100°C。[0032]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的膨潤土吸附劑，水熱反應(yīng)的時間為0.5_30h。
[0033]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明更優(yōu)選水熱反應(yīng)的時間為8-24h。
[0034]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明進一步更優(yōu)選水熱反應(yīng)的時間為 24h。
[0035]根據(jù)本發(fā)明前面任意所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明還可以優(yōu)選所述水熱反應(yīng)的壓力為 0.08-0.14MPa。
[0036]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明所進一步優(yōu)選的操作是:
[0037]以鈉膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，用3%wt的鹽酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為8:1條件下，在100°C水熱釜中處理24h。
[0038]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明還可進一步優(yōu)選所述的烘干是1200C _130°C下烘干 5-8h。
[0039]根據(jù)本發(fā)明所述的膨潤土吸附劑，本發(fā)明還可進一步優(yōu)選所述的烘干是120°C下烘干5h。
[0040]另一方面，本發(fā)明還提供了本發(fā)明所述膨潤土吸附劑的制備方法。
[0041]綜上所述，本發(fā)明提供了一種酸改性膨潤土吸附劑及其制備方法。本發(fā)明的酸改性膨潤土吸附劑具有如下優(yōu)點:
[0042]1、其比表面積高，制得的膨潤土材料的比表面積可以穩(wěn)定達到90m2/g以上，可達139.7m2/g，對吸附性能的提高具有重要意義；
[0043]2、本發(fā)明所使用的膨潤土吸附劑制備方法工藝簡單，有效節(jié)省了后改性處理的能耗，簡化了處理工藝并降低了對設(shè)備的要求，在提高效率的同時，具有很強的應(yīng)用性，最終能夠得到一種具有更大比表面積的膨潤土材料。
【具體實施方式】
[0044]以下通過具體實施例詳細說明本發(fā)明的實施過程和產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的實質(zhì)和特點，不作為對本案可實施范圍的限定。
[0045]實施例1
[0046]本實施例提供一種水熱改性膨潤土吸附劑的簡易制備方法，其通過以下步驟制備得到:
[0047]以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，用3%wt的鹽酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為3:1條件下，在95°C水熱釜中處理30h，反應(yīng)壓力為0.08MPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0048]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表I所示。
[0049]實施例2
[0050]本實施例提供一種水熱改性膨潤土吸附劑的簡易制備方法，其通過以下步驟制備得到:
[0051]以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，用3%wt的鹽酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為15:1條件下，在110°C水熱釜中處理8h，反應(yīng)壓力為0.14MPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。[0052]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表I所示。
[0053]實施例3
[0054]本實施例提供一種水熱酸改性膨潤土吸附劑的簡易制備方法，其通過以下步驟制備得到:
[0055]以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，用3%wt的鹽酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為8:1條件下，在100°C水熱釜中處理24h，反應(yīng)壓力為0.lOMPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0056]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表I所示。
[0057]實施例4
[0058]本實施例提供一種水熱酸改性膨潤土吸附劑的簡易制備方法，其通過以下步驟制備得到:
[0059]以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，用3%wt的草酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為8:1條件下，在100°C水熱釜中處理16h，反應(yīng)壓力為0.lOMPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0060]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表I所示。
[0061]實施例5
[0062]本實施例提供一種水熱酸改性膨潤土吸附劑的簡易制備方法，其通過以下步驟制備得到:
[0063]以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g,用3%wt的硫酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為3:1條件下，在100°C水熱釜中處理3h，反應(yīng)壓力為0.lOMPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0064]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表I所示。
[0065]實施例6
[0066]本實施例提供一種水熱改性膨潤土吸附劑的簡易制備方法，其通過以下步驟制備得到:
[0067]以鈣基膨潤土為原料，其比表面積是30.2m2/g，用2%wt的鹽酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為4:1條件下，在100°C水熱釜中處理12h，反應(yīng)壓力為0.lOMPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0068]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表I所示。
[0069]對比例I
[0070]本實施例提供一種制備膨潤土的方法，其通過以下步驟制備得到:
[0071]以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，用15%wt的鹽酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量為25:1條件下，在80°C水浴中攪拌處理6h，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0072]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表I所示。
[0073]對比例2
[0074]本實施例提供一種制備膨潤土的方法，其通過以下步驟制備得到:
[0075]根據(jù)專利CN1054755A公開的膨潤土的活化方法進行對比實驗，以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，將22.5ml的去離子水導(dǎo)入到反應(yīng)釜中，再以液固比為1.5:1的比例加入15g的原料膨潤土粉末，再加入3g的98%H2S04的溶液，在133°C水熱釜中處理3h，反應(yīng)壓力為0.27MPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0076]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表1所示。
[0077]對比例3
[0078]本實施例提供一種制備膨潤土的方法，其通過以下步驟制備得到:
[0079]根據(jù)專利CN1054755A公開的膨潤土的活化方法進行對比實驗，以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是30.2m2/g，將22.5ml的去離子水導(dǎo)入到反應(yīng)釜中，再以液固比為1.5:1的比例加入15g的原料膨潤土粉末，再加入3g的98%H2S04的溶液，在133°C水熱釜中處理3h，反應(yīng)壓力為0.27MPa，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0080]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表1所示。
[0081]對比例4
[0082]本實施例提供一種制備膨潤土的方法，其通過以下步驟制備得到:
[0083]以鈉基膨潤土為原料，其比表面積是26.5m2/g，用3%wt的草酸與原料膨潤土粉末以液固質(zhì)量比為8:1條件下，在90°C水浴中攪拌處理10h，經(jīng)過濾洗滌后，在120°C下干燥5小時以上，得到膨潤土材料。
[0084]將制備得到的膨潤土粉末進行比表面積以及孔體積的測定，其結(jié)果如表1所示。
[0085]表1各實施例與對比例所得膨潤土樣品比表面積及孔體積數(shù)據(jù)
[0086]
【權(quán)利要求】
1.一種酸改性膨潤土吸附劑，其特征在于，所述膨潤土吸附劑總孔體積為0.20-0.40cm3/g，比表面積為 90.0-160.0m2/go
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，制備膨潤土吸附劑的膨潤土原料是鈉基膨潤土粉末，或者是鈣基膨潤土粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，所述的膨潤土吸附劑由包括以下步驟的方法制備得到: (1)將原料膨潤土粉末與酸的水溶液混合； (2)將混合好的漿液進行水熱反應(yīng)處理； (3)將水熱反應(yīng)處理后的膨潤土漿液進行抽濾； (4)將抽濾后的改性膨潤土濾餅進行烘干、粉碎，得到所述的膨潤土吸附劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，所述的酸的水溶液中酸的質(zhì)量百分比濃度為0.1-8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，酸的水溶液與原料膨潤土粉末的質(zhì)量比為15-1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，所述的酸為硫酸、磷酸、鹽酸、氫氟酸、乙酸、草酸和檸檬酸中的一種或幾種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，水熱反應(yīng)的溫度為95°C_110°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，水熱反應(yīng)的壓力為0.08MPa-0.14MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膨潤土吸附劑，其特征在于，水熱反應(yīng)的時間為0.5-30h。
10.權(quán)利要求3?9任意一項所述膨潤土吸附劑的制備方法，所述方法包括如下步驟: (1)將原料膨潤土粉末與酸的水溶液混合； (2)將混合好的漿液進行水熱反應(yīng)處理； (3)將水熱反應(yīng)處理后的膨潤土漿液進行抽濾； (4)將抽濾后的改性膨潤土濾餅進行烘干、粉碎，得到所述的膨潤土吸附劑。
【文檔編號】B01J20/12GK103894145SQ201410141775
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】郭巧霞, 郭旭, 王聞年, 孟凡芳, 申寶劍, 任申勇 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 中國石油大學(xué)(北京)