公布日：2022.03.04
申请日：2021.11.30
分类号：B01J20/26(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2006.01)I;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种玄武岩纤维改性吸附填料及其制备方法，属于吸附材料制备技术领域，包括以下重量份原料：苯胺2‑3份、凹凸棒粘土10‑15份、功能化玄武岩纤维0.5‑0.8份、过硫酸铵溶液10份、浓盐酸5份和去离子水100份；将浓盐酸加入去离子水中搅拌后加入凹凸棒粘土和功能化玄武岩纤维，超声处理后加入苯胺单体，搅拌加入过硫酸铵溶液，反应结束，得到玄武岩纤维改性吸附填料，其中，功能化玄武岩纤维由以下步骤制成：将改性纤维、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵和异丙醇混合，回流反应6‑8h，再减压蒸馏洗涤干燥，得到功能化玄武岩纤维；本发明制备的吸附填料能够有效去除污水中的重金属粒子、有机污染物。
权利要求书
1.一种玄武岩纤维改性吸附填料，其特征在于，包括以下重量份原料：苯胺2-3份、凹凸棒粘土10-15份、功能化玄武岩纤维0.5-0.8份、过硫酸铵溶液10份、浓盐酸5份和去离子水100份；其中，功能化玄武岩纤维由以下步骤制成：向三口烧瓶中依次加入改性纤维、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和异丙醇，边搅拌边升温至回流反应6-8h，反应结束后，减压蒸馏去除异丙醇，得到功能化玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维改性吸附填料，其特征在于，改性纤维由以下步骤制成：将沉积玄武岩纤维和乙醇溶液混合，磁力搅拌下升温至60℃，搅拌状态下滴加大分子偶联剂的乙醇溶液，整个反应过程使用氩气气氛保护，1h内滴加结束，回流反应24h，反应结束，抽滤，滤饼洗涤，干燥，得到改性纤维。
3.根据权利要求2所述的一种玄武岩纤维改性吸附填料，其特征在于，大分子偶联剂的乙醇溶液由大分子偶联剂和无水乙醇按照1.3-1.5g：10mL混合而成。
4.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维改性吸附填料，其特征在于，大分子偶联剂由以下步骤制成：在三口烧瓶中依次加入三羟甲基丙烷-三(3-巯基丙酸酯)和四氯化碳，氮气保护下，温度-2-0℃搅拌反应，滴加KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳的混合液a，在-2-0℃下搅拌反应12h，减压蒸馏，得到大分子偶联剂。
5.根据权利要求4所述的一种玄武岩纤维改性吸附填料，其特征在于，混合液a由KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳按照0.05mol：0.05mol：150mL混合而成。
6.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维改性吸附填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将浓盐酸加入去离子水中搅拌均匀，加入凹凸棒粘土和功能化玄武岩纤维，频率40-50kHz下超声处理30min得到悬浮液，然后向悬浮液中加入苯胺单体，搅拌均匀后，加入过硫酸铵溶液，室温下搅拌反应4-6h，反应结束后，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，最后置于80℃下干燥至恒重，得到玄武岩纤维改性吸附填料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维改性吸附填料及其制备方法，以解决背景中所提出的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种玄武岩纤维改性吸附填料，包括以下重量份原料：苯胺2-3份、凹凸棒粘土10-15份、功能化玄武岩纤维0.5-0.8份、过硫酸铵溶液10份、浓盐酸5份和去离子水100份；
该玄武岩纤维改性吸附填料由以下步骤制成：
将浓盐酸加入去离子水中搅拌均匀后，加入凹凸棒粘土和功能化玄武岩纤维，频率40-50kHz下超声处理30min得到悬浮液，然后向悬浮液中加入苯胺单体，搅拌均匀后，加入过硫酸铵溶液，室温下搅拌反应4-6h，反应结束后，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，最后置于80℃下干燥至恒重，得到玄武岩纤维改性吸附填料。
进一步地，过硫酸铵溶液由过硫酸铵与去离子水按照1.8-2.2g：10mL混合而成，浓盐酸质量分数为37％。
进一步地，凹凸棒粘土由以下步骤制得：将市售凹凸棒土在110-120℃下干燥2h，转移至马弗炉中750℃下煅烧3h，研磨过80目筛，得到凹凸棒粘土。
进一步地，功能化玄武岩纤维由以下步骤制成：
步骤A1、在装有搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中依次加入三羟甲基丙烷-三(3-巯基丙酸酯)和四氯化碳，在氮气保护下，温度-2-0℃搅拌反应，经恒压滴液漏斗缓慢滴加KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳的混合液a，在-2-0℃下搅拌反应12h，反应结束后，减压蒸馏去除四氯化碳，得到大分子偶联剂；
其中，三羟甲基丙烷-三(3-巯基丙酸酯)、四氯化碳、混合液a的用量比为0.05mol：200-250mL：150mL，混合液a由KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳按照0.05mol：0.05mol：150mL混合而成，利用三羟甲基丙烷-三(3-巯基丙酸酯)的-SH与KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯中的端不饱和C＝C双键发生化学反应得到大分子偶联剂，大分子偶联剂含有端叔胺基、二硫代氨基甲酸酯基和硅氧键；
步骤A2、将沉积玄武岩纤维和质量分数50％的乙醇溶液混合，磁力搅拌下升温至60℃，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗滴加大分子偶联剂的乙醇溶液，整个反应过程使用氩气气氛保护，1h内滴加结束，回流反应24h，反应结束，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤3-5次后，置于真空干燥箱中50℃下真空干燥10h，得到改性纤维；
其中，沉积玄武岩纤维、乙醇溶液和大分子偶联剂的乙醇溶液的用量比为5.5-6.1g：80-90mL：10mL，大分子偶联剂的乙醇溶液由大分子偶联剂和无水乙醇按照1.3-1.5g：10mL混合而成，利用大分子偶联剂的硅氧键水解得到硅醇键，硅醇键再与沉积玄武岩纤维表面的羟基发生缩合反应，得到改性纤维；
步骤A3、向三口烧瓶中依次加入改性纤维、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和异丙醇，边搅拌边升温至回流反应6-8h，反应结束后，减压蒸馏去除异丙醇，得到功能化玄武岩纤维；
其中，改性纤维、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和异丙醇的用量比为5g：1.2-1.3g：50-70mL，利用改性纤维的端叔胺基与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵发生季铵化反应，得到功能化玄武岩纤维。
进一步地，沉积玄武岩纤维由以下步骤制成：
步骤B1、将玄武岩纤维剪切至长度20-30mm，然后置于浓度为1mol/L的硝酸溶液中浸润8-10h，然后取出，用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，再置于80℃下干燥至恒重，得到酸化纤维；
其中，玄武岩纤维和硝酸溶液用量比为5.8-6.1g：60-70mL；
步骤B2、将正硅酸乙酯、乙醇和水按照摩尔比2：3：2混合，温度70℃，搅拌条件下加入质量分数28％的氨水调节pH值为8，搅拌反应1-2h后得到硅溶胶，向硅溶胶中加入酸化纤维浸渍30-60min，取出后置于450℃的马弗炉中焙烧2h，得到沉积玄武岩纤维；
其中，硅溶胶和酸化纤维的用量比为80mL：5.8-6.1g。
本发明的有益效果：
本发明首先将现有的玄武岩纤维剪切，然后用硝酸溶液处理，使其表面富含含氧基团，然后以正硅酸乙酯为硅源，氨水为催化剂，在玄武岩纤维表面沉积二氧化硅粒子，增加玄武岩纤维表面粗糙度，得到沉积玄武岩纤维，然后利用三羟甲基丙烷-三(3-巯基丙酸酯)的-SH与KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯中的端不饱和C＝C双键发生化学反应得到大分子偶联剂，利用大分子偶联剂改性沉积玄武岩纤维得到改性纤维；再使改性纤维与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵发生反应得到功能化玄武岩纤维，功能化玄武岩纤维表面富含多种功能基团，包括二硫代氨基甲酸酯基、季铵盐结构、醇羟基和硫醇键，这些基团一方面能够与废水中的重金属离子、有机污染物通过静电吸附和配位作用进行结合，另一方面功能化玄武岩纤维具有较大的比表面积和物理吸附性能，能够发挥净化作用，并且聚苯胺分子中含有大量的胺基和亚胺基，它们对重金属离子具有良好的配合作用，而且这些胺基及亚胺基还具有还原性，可以与一些氧化电位较高的重金属离子发生氧化还原反应吸附，同时聚苯胺类吸附剂对Pb2+、Hg2+等重金属离子具有离子交换功能，由于聚苯胺具有很好的耐溶剂性能，可以广泛适用于各种复杂的吸附环境。
（发明人：张庆堂;张昭龙;李战胜;张春燕）