申请日2012.04.09
公开(公告)日2013.06.12
IPC分类号B01J20/30; C02F1/28; B01J20/12
摘要
本发明提供了一种坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备，于复合材料技术领域。本发明以坡缕石原矿及植物秸秆为原料，通过水热反应，制备的坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂，充分利用了粗坡缕石黏土与秸秆的协同吸附能力，大大增强了吸附剂的吸附能力和吸附速度，而且降低了成本。经测定，本发明制备的复合吸附剂对印染废水具有很好的净化能力(82%~99%)和效率(0.1~2h可完成)，是一种比较理想的污水处理剂。
权利要求书
1.坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备方法，将坡缕石黏土原矿、废弃植物秸秆分别粉碎至100~300目的粉末，以1:0.5~1:2的质量比分散于水中，然后于100~160℃下搅拌水热反应1~3h，冷却，过滤，干燥，即得坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附材料。
2.如权利要求1所述坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述坡缕石黏土原矿的成分为：
坡缕石黏土20~50%，蒙脱土10~30%，石英10~20%，余量为杂质。
3.如权利要求1所述坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备方法，其特征在于：所述坡缕石黏土原矿、废弃植物秸秆粉末分散于水中的总质量分数为10~50%。
4.如权利要求1所述方法制备的坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂用于处理印染废水中。
说明书
坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备及在处理印染废水中的应用
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备;本发明同时还涉及该复合吸附剂在处理印染废水中的应用。
背景技术
坡缕石黏土是我国的特色资源，储存量位居世界之首。坡缕石黏土具有很多特殊的性能，其中吸附性是坡缕石黏土最主要的性能之一。坡缕石黏土由于其成矿原因的不同，导致不同地区的坡缕石黏土性能及用途有很大的差异。坡缕石黏土矿有好品质及劣品质之分。一般，品质较差的坡缕石矿不适合用于精细化工领域，但对污水的吸附能力确较好。
植物秸秆为农村废弃天然资源，具有可再生性。以前植物秸秆主要是农村的能源材料及家畜饲料，由于近年来机械化程度的提高及国家对农村燃烧能源清洁化导向，目前农村主要使用沼气为燃料，所以植物秸秆的剩余量更加多，大部分都被直接在农田里烧毁，这样既浪费资源，又污染环境。
利用坡缕石黏土制备污水处理剂的报道非常多，但可以总结为以下几类：第一，利用表面活性剂改性，这类方法主要有阳离子表面活性剂及阴离子表面活性剂，用来处理含有机物废水或者印染废水;第二，在坡缕石表面负载有机物，主要有负载壳聚糖、聚丙烯酸类物质、葡萄糖、蔗糖及其他硅烷偶联剂，用于有机物、重金属离子或者造纸印染行业废水吸附;第三，通过物理改性，例如使用酸碱、焙烧等手段，应用于重金属离子的吸附;第四，通过化学方法在坡缕石表面包覆碳材料，例如通过水热反应，利用葡萄糖、蔗糖等制备坡缕石/碳吸附材料。以上几类材料存在如下问题：表面活性剂改性、负载有机物等方法制备的吸附剂存在二次污染问题，不能用于使用要求较为严格的水净化行业;利用葡萄糖等资源水热碳化反应，虽然避免了上面存在的问题，但是却加重了污水处理剂的成本，这恰恰是污水处理行业最困惑的问题。
中国专利CN 101990987 A中虽然提到了使用秸秆及坡缕石处理马铃薯淀粉废水的实例，但该专利没有将秸秆和黏土制备成复合材料，而是分开使用，没有起到秸秆及黏土的协同效果，仅仅是简单的物理搭配，这样虽然能够净化废水，但效果较差。洛阳理工学院完成的科技成果“用玉米秸秆改性的凹凸棒石矿开发含重金属离子的废水净化剂”，该成果制备吸附剂运用的方法是燃烧法，该方法在制备吸附剂过程中会对大气带来污染，并且该吸附剂只用于金属离子的吸附，对印染废水未作任何陈述。合肥工业大学的硕士论文《凹凸棒石基碳复合材料吸附性能研究》中提到的凹凸棒与秸秆复合吸附剂的制备方法，是用树脂作为粘合剂，通过燃烧法得到的复合材料。以上两件成果在制备复合材料时，均使用了燃烧法制备，与本专利中提到的水热法完全不同，并且水热法制备的复合材料是通过化学键的形式结合的，不同于燃烧法中两种材料简单的包覆类型。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂在处理印染废水中的应用。
本发明坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的制备方法，是将坡缕石黏土原矿、废弃植物秸秆分别粉碎至100~300目的粉末，以1:0.5~1:2的质量比分散于水中，然后于100~160℃下搅拌水热反应1~3h，冷却，过滤，干燥，既得坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附材料。
所述坡缕石黏土原矿、废弃植物秸秆粉末分散于水中的总质量分数为10~50%。
本发明使用的植物秸秆主要有：高粱秸秆、豆类植物秸秆、马铃薯秸秆、稻谷类植物秸秆等。使用的坡缕石黏土原矿的主要成分：坡缕石黏土20~50%，蒙脱土10~30%，石英10~20%，余量为其它少量杂质。
下面通过红外图谱、扫描电镜对本发明制备的坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的结构及形貌进行了表征。
红外分析：图1为坡缕石黏土的红外光谱图，可以看出坡缕石黏土含有大量的羟基，1029cm-1 及878 cm-1为沉积型坡缕石黏土中Si-O的伸缩振动。图2为植物秸秆的红外光谱图，3048 cm-1为植物秸秆中纤维素及木质素所含-OH的伸缩振动峰，1605 cm-1及1512 cm-1处为木质素所含苯环的骨架吸收峰，2920 cm-1处为-CH2-，CH3-的伸缩振动吸收峰，由强度可以判断该植物秸秆中木质素含量高于纤维素及半纤维素。图3为坡缕石黏土/C复合材料的红外光谱图，通过比较可以看出，坡缕石黏土表面的羟基与植物秸秆中木质素的酮羰基之间产生了氢键，使得酮羰基上的CH3-伸缩振动峰发生了红移，即曲线c中的2902 cm-1处的吸收峰，说明在水热反应中，坡缕石黏土与植物秸秆之间不是简单的物理复合，而是发生了化学反应，在坡缕石表面成功接枝了有机碳材料。图4为植物秸秆和坡缕石黏土按照水热反应比例物理混合物的红外光谱图，可以看出未经过水热反应的混合物的红外曲线仅仅是两种物质简单的地叠加，未有新的峰出现，从而进一步说明水热反应得到的坡缕石黏土/C复合材料是反应性复合材料，不是两种原料添加到一起简单的混合物。
扫描电镜形貌表征：图5为发明坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的扫描电镜图。图中，A为植物秸秆粉末SEM照片，B为坡缕石黏土SEM照片，C为本发明坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂的SEM照片。通过三张照片比较可以看出，在水热反应后，坡缕石黏土与植物秸秆粉末充分混合，且复合材料整体变得蓬松。由照片标尺比较发现，坡缕石黏土的棒直径有所增大，说明其表面包覆了秸秆粉末水热反应时产生的碳材料。
综上所述，本发明的坡缕石黏土/植物秸秆复合吸附剂具有核壳状结构特点，但活性炭并没有全面包覆坡缕石黏土，所以该材料巧妙的利用了坡缕石及秸秆产生的活性炭二者的吸附性能。因而对废水中的染料物质具有较强的吸附能力。