一種改性斜發沸石複合材料及其製備方法和應用的製作方法
2023-09-10 11:16:30 1
專利名稱：一種改性斜發沸石複合材料及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於地下水修復領域，具體涉及一種改性斜發沸石複合材料及其製備方法和應用。
背景技術：
六價鉻是土壤和地下水中最常見的重金屬汙染物之一。製革、冶金、化學工業是六價鉻汙染的主要來源。六價鉻化合物在體內具有致癌作用，還會引起諸多的其他健康問題。攝入過量的六價鉻會導致腎臟和肝臟的損傷、噁心、胃腸道刺激、胃潰瘍、痙攣甚至死亡。因此為保護人們的健康，必須對六價鉻汙染的地下水和土壤進行修復。常見的修複方法包括原位修復的方法(如利用滲透反應牆修復六價鉻汙染物)和異位修復的方式(如將重金屬汙染土壤挖掘，然後採用化學淋洗等方式修復)。在大多汙染場地，由於修復成本和技術的限 制，原位修復技術被認為是性價比更高的修復技術。在這些可以被用於原位修復的方法中，滲透反應牆是一種非常具有吸引力的選擇之一。這是因為，滲透反應牆原理簡單容易操作，並且不會帶來環境副作用。在所有滲透反應牆中最引人注目的是選取斜發沸石作為活性材料，無數實驗研究表明，斜發沸石能吸附水中的六價鉻，並且不會造成環境副作用。另外，一些場地實驗研究結果表明以斜發沸石為基礎的滲透反應牆在原位修復中能發揮重要的作用，特別是在六價鉻濃度較高的水汙染區域。通過斜發沸石的表面改性將提升斜發沸石對於受六價鉻汙染地下水的修復能力。然而，由於技術的限制，迄今為止，對於斜發沸石表面改性的研究依然停留在基礎階段，有待進一步挖掘。斜發沸石的表面改性並不容易，首先，需要選取適宜的表面改性劑，而眾多傳統的表面改性劑，並不能有效提高斜發沸石對於六價鉻的吸附能力；另外，即使某些表面活性齊U，確實能增強斜發沸石對於六價鉻的吸附能力，但在水流的持續作用下，表面改性劑也容易脫落而失去效果，因此很難讓表面活性劑和斜發沸石有效結合；最後，傳統的斜發沸石改性方案，強調的是增強斜發沸石對於六價鉻的吸附能力，但在地下水的長期作用下，受沸石表面吸附的六價鉻會被重新解析，這使得修復難以達到理想效果。在上述條件下，斜發沸石的傳統的表面改性方法，不容易起到有效修復六價鉻汙染的效果。加之沒有良好的加工成型技術，就很投入到工業應用中，因此利用斜發沸石建立滲透反應牆的六價鉻地下水修復技術，存在著重大的局限。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，提出本發明。本發明的一個目的在於提供一種改性斜發沸石複合材料。本發明的改性斜發沸石複合材料包括斜發沸石、斜發沸石粉、表面改性劑、還原鐵粉以及蒸餾水混合，混合質量比為145 205 50"450 :30 200 :10 100 100^1000o斜發沸石為石尺寸範圍在0. 22^1. 25mm之間。
表面改性劑為十六烷基三甲基溴化銨CTAB-Br或十六烷基三甲基氯化銨CTAB-Cl。表面改性劑CTAB-Br或CTAB-Cl的濃度範圍在在f 40g/l之間，最佳的濃度範圍在16 20g/l之間。本發明的另一個目的在於提供一種改性斜發沸石複合材料的製備方法。
本發明的改性斜發沸石複合材料的製備方法包括以下步驟I)將斜發沸石、斜發沸石粉、表面改性劑、還原鐵粉、蒸餾水按質量比145 205 50 450 :30 200 :10 100 :100 1000混合，並攪拌均勻；2)在烘箱中進行逐漸均勻升溫，直至溫度達到6(TlO(rC ；3)恆溫12 96小時後，自然降溫。其中，在步驟I)中還原鐵粉粘置於斜發沸石的表面，增強對於六價鉻的降解功能。在步驟2)中採用低溫烘培工藝，並確保在進入烘培之前材料混合完全均勻，並且在烘培過程中受熱均勻，蒸發掉所有的水並加強材料硬度。本發明的又一個目的在於提供上述改性斜發沸石複合材料用於滲透反應牆修復受汙染的地下水的用途。本發明的優點(I)所選取的斜發沸石具有良好的吸附水中六價鉻的功能；(2)與通常的斜發沸石相比，改性斜發沸石複合材料用於滲透反應牆大大增強了對於受六價鉻汙染地下水的修復能力，經過沸石粉和CTAB-Br表面改性的斜發沸石對於六價鉻的吸附能力約為未經改性斜發沸石的61倍；同時因為具備還原鐵粉，可以有效地將吸附的六價鉻反應降解，因此解決了因地下水流長時間作用以致六價鉻重新解吸的難題，更加進一步增強了這種複合材料對於六價鉻地下水汙染的修復能力。
圖I為採用本發明的改性斜發沸石複合材料與現有技術的斜發沸石修復地下水的對比圖。以0. 5m/d的流速對的柱子(直徑40mm，長度200mm)持續注入六價鉻濃度為50mg/I的重鉻酸鉀溶液，系列I柱子中填充本發明的改性斜發沸石複合材料，系列2柱子中填充現有技術的斜發沸石，二者柱子出口溶液的六價鉻濃度隨時間的變化圖。由圖I可見，本發明的改性斜發沸石複合材料，六價鉻溶液滲出更慢，說明有更多的六價鉻在柱子中被複合材料吸附和反應。
具體實施例方式下面結合附圖，並通過實施例對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細描述。斜發沸石採用河南鞏義市沸石開採基地獲得的斜發沸石，為透明板狀晶體。斜發沸石需要經過分篩處理，最適合的斜發沸石尺寸約為0. 45、. 80mm。斜發沸石、斜發沸石粉、CTAB-Br,還原鐵粉、蒸餾水混合，混合質量比為175:215:62:50:200，表面改性劑為十六烷基三甲基溴化銨CTAB-Br。具體製備方法包括以下步驟I)將斜發沸石、斜發沸石粉、CTAB-Br,還原鐵粉、蒸餾水按質量比175:215:62:50:200混合，並攪拌均勻；2)在烘箱中進行逐漸均勻升溫，直至溫度達到90°C ；3 )恆溫24小時後，自然降溫。CTAB-Br 的濃度為 16g/l。改性斜發沸石複合材料吸附六價鉻能力柱子實驗採用如上所述製備得到的複合材料，將其填置於柱子(直徑40mm，長度200mm)中，作為實驗組柱子。同時將未經表面改性的斜發沸石，將其置於同樣大小的柱子中，作為對照組柱子。對實驗組柱子及對照組柱子，同時以0. 5m/d (米/天)的流速向柱子底端注入六價鉻濃度為50mg/l的重鉻酸鉀溶液，持續通入60d，每日監控柱子頂端出口流出液體的六 價鉻濃度。通過實驗我們發現，在15d時，實驗組柱子頂端液體的六價鉻濃度為Omg/1，即沒有六價鉻滲出，對照組柱子頂端液體的六價鉻濃度為46. 9mg/l ;在30d時，實驗組柱子頂端液體的六價鉻濃度為12. 6mg/l，對照組柱子頂端液體的六價鉻濃度為49. 8mg/l，與注入液濃度相當。如圖I所示，本發明的改性斜發沸石大大增強了對於水中六價鉻的修復能力，在相同的注入條件下，本發明的複合材料，吸附和反應了更多的六價鉻，因此柱子頂端出口六價鉻濃度低於未經改性的斜發沸石。改性斜發沸石吸附六價鉻能力燒瓶實驗取出IOOg根據上述方法製備的改性斜發沸石複合材料，作為實驗組；同時選取IOOg未經表面改性的斜發沸石，作為對照組。將這IOOg實驗組沸石及對照組沸石同時，分別置於裝有六價鉻濃度為50mg/l的重鉻酸鉀溶液0. 51的燒瓶中，以150r/min的搖床速度，均勻搖動24h。後測定燒瓶中的重鉻酸鉀濃度。實驗組複合材料所在的燒瓶溶液中六價鉻濃度由50mg/l降為5. 9mg/l，對照組中六價鉻濃度由50mg/l降為45. 9mg/l。實驗組中，複合材料更多將六價鉻吸附和反應，所以燒瓶溶液中六價鉻的濃度才會遠低於對照組。這有效的證明了經過本發明的方法製備的複合材料，對於六價鉻的吸附和反應能力大大增強了。最後需要注意的是，公布實施方式的目的在於幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於實施例所公開的內容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
權利要求
1.一種改性斜發沸石複合材料，其特徵在於，所述改性斜發沸石複合材料包括斜發沸石、斜發沸石粉、表面改性劑、還原鐵粉以及蒸餾水混合，混合質量比為145 205 50 450 :30 200 :10 100 :100 1000。
2.如權利要求I所述的複合材料，其特徵在於，所述斜發沸石為石尺寸範圍在O.22 I. 25mm 之間。
3.如權利要求2所述的複合材料，其特徵在於，所述斜發沸石為石尺寸範圍在O.45 O. 80mm 之間。
4.如權利要求I所述的複合材料，其特徵在於，所述表面改性劑為十六烷基三甲基溴化銨CTAB-Br或十六烷基三甲基氯化銨CTAB-Cl。
5.如權利要求I所述的複合材料，其特徵在於，所述表面改性劑CTAB-Br或CTAB-Cl的濃度範圍在在l 40g/l之間。
6.如權利要求5所述的複合材料，其特徵在於，所述表面改性劑CTAB-Br或CTAB-Cl的濃度範圍在在16 20g/l之間。
7.一種改性斜發沸石複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 O將斜發沸石、斜發沸石粉、表面改性劑、還原鐵粉、蒸餾水按質量比145 205 50 450 :30 200 :10 100 :100 1000混合，並攪拌均勻； 2)在烘箱中進行逐漸均勻升溫，直至溫度達到6(noo°c； 3)恆溫12 72小時後，自然降溫。
8.如權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，所述在步驟I)中還原鐵粉粘置於斜發沸石的表面，增強對於六價鉻的降解功能。
9.如權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，在步驟2)中採用低溫烘培工藝，並確保在進入烘培之前材料混合完全均勻，並且在烘培過程中受熱均勻，蒸發掉所有的水並加強材料硬度。
10.權利要求I所述的改性斜發沸石複合材料用於滲透反應牆修復受汙染的地下水的用途。
全文摘要
本發明公開了一種改性斜發沸石複合材料及其製備方法和應用。本發明的改性斜發沸石複合材料包括斜發沸石、斜發沸石粉、表面改性劑、還原鐵粉以及蒸餾水按比例混合。本發明的表面改性斜發沸石複合材料用於滲透反應牆大大增強了對於受六價鉻汙染地下水的修復能力，經過沸石粉和CTAB-Br表面改性的斜發沸石對於六價鉻的吸附能力約為未經表面改性斜發沸石的6~8倍；同時因為具備還原鐵粉，可以有效地將吸附的六價鉻反應降解，因此解決了因地下水流長時間作用以致六價鉻重新解吸的難題，更加進一步增強了這種複合材料對於六價鉻地下水汙染的修復能力。
文檔編號B01J20/22GK102658086SQ20121014061
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者丁遠昭, 張鵬飛, 李喜青 申請人:北京大學