一種新型納米膨潤土及其製備方法
2023-10-04 10:52:54
專利名稱：一種新型納米膨潤土及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型納米膨潤土及其製備方法。所述新型納米膨潤土具有零維納米尺寸。
背景技術：
天然膨潤土是一種以天然蒙脫石為主要成分的粘土，外觀呈灰綠色、黃色或粉紅色，屬2∶1構型3層結構的粘土礦物，單位晶胞由二層矽氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成。四面體與八面體依靠共同氧原子連結，形成厚0.36nm，寬厚比約100-1000，高度有序的準三維晶片，晶胞平行疊置。蒙脫石中的同晶置換現象極為普遍，晶格中Si4+、AL3+被其它低價離子取代，單位晶層有較多負電荷，吸附等電量陽離子來維持電平衡。因此，具有良好的離子交換能力，天然膨潤土的陽離子總交換容量為30-150mmol/100g；同時膨潤土具有較大的比表面積，比表面積可達750m2/g，使其具有較好的吸附能力。但既使是這樣，現有的天然膨潤土在工業應用中效果仍不理想，原因是其吸附能力有限，絮凝效果不好，尤其在處理工業廢水時對有機物多的廢水無能為力。目前市場上有稱為「納米」的膨潤土，其是通過插層的方法完成的。將有機插層劑在適當的條件下與膨潤土層間的Na+、Ca2+離子發生交換，使膨潤土有機化，然後進行聚合，使膨潤土晶片分散在有機物基體中，形成有機聚合物膨潤土納米複合材料，基體中的納米膨潤土無法從聚合物基體中分離出來，也不能單獨存在，因此，其不具納米技術的基本特點，即光學效應、小尺寸、大比表面積、高吸附性，而且其「團聚」現象非常嚴重，很不穩定，導致得不到很好的應用。
發明內容
本發明的目的就是為了克服現有技術的不足，提供一種新型的納米膨潤土材料及其製備方法，該新型的納米膨潤土純度高，具有超強的吸附能力，有很好的穩定性，無「團聚」現象，並且該新型納米膨潤土透明度高，可完全透過可見光，而完全吸收紫外光、UVA、UVB，具有良好的防老化、抗紫外線功能。這種新型的納米膨潤土粒徑由幾納米至幾百納米，表面原子數很多且原子配位嚴重不足，因此具有很高活性，其比表面積很大，吸附能力特別強，具有超強的綜合處理作用，對無機和有機汙染物均有很強的去除能力。本發明新型納米膨潤土的製備方法工藝簡單、成本低，無汙染。
本發明的一方面，提供了一種新型納米膨潤土。
本發明的另一方面，提供了一種新型納米膨潤土的製備方法。
本發明的技術方案一種新型納米膨潤土，其具有零維納米尺寸，粒徑為1-600nm，在紫外光250-350nm處有選擇性吸收，吸收度達到99％以上，所述新型納米膨潤土由以下原料按步驟(1)-(6)製備而成按原料總重量計，1-99％重量膨潤土原礦，0.1-40％重量選自季銨鹽陽離子表面活性劑、碳酸鋰或碳酸鈉的改型劑，0-40％重量鹼性活化劑，0-40％重量質子化劑和0-98％重量選自去離子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物的懸浮分散劑；步驟(1)在膨潤土原礦中加入改型劑，在常溫、常壓下進行改型處理；(2)在改型處理後的膨潤土中加入懸浮分散劑，將其分散、懸浮；(3)加入鹼性活化劑，充分攪拌10-120分鐘，進行活化處理，之後加入質子化劑，充分攪拌10-60分鐘；(4)將活化的膨潤土在1000-11000r/分鐘轉速下高速剪切5-240分鐘，得到納米至微米的膨潤土液；(5)將步驟(4)得到的膨潤土液在2000-15000r/分鐘轉速下離心處理5-120分鐘，製得納米膨潤土液；(6)將納米膨潤土液在10-250℃溫度下濃縮或乾燥10分鐘-30小時，得到所述的新型納米膨潤土。
本發明的新型納米膨潤土具有零維納米尺寸，粒徑為1-600納米，優選1-100nm，更優選1-30nm，最優選為5-10nm。其具有很大的比表面積，大約在＞800m2/g，其表面原子數很多且原子配位嚴重不足，因此具有很高的活性，很容易與其他原子結合，在吸附汙染物後迅速沉降。本發明的新型納米膨潤土在250-350nm紫外光處有選擇性吸收，大約在300nm紫外光處有最大吸收，其吸收峰的頂點相對於膨潤土原礦吸收峰的頂點存在藍移現象，藍移範圍30-80nm。本發明的新型納米膨潤土具有超強的綜合處理作用，穩定性好，復原性好，分散性好，無「團聚」現象，可長期保存。
在製備新型納米膨潤土中所使用的改型劑季銨鹽陽離子表面活性劑可以是現有技術中常規使用的任何季銨鹽型陽離子表面活性劑，其分子式為R1R2R3R4N+X-，其中R1為碳原子數12-60的長鏈烷基，R2為碳原子數1-22的芳基或烷基，R3為碳原子數2-8的羥基取代的烷基或芳基，R4是與R2或R3相同的基團，X-為Cl-、Br-、I-、NO2-、OH-、CH3SO4-或C2H3O2-。優選的季銨鹽陽離子表面活性劑為十八烷基二甲基苄基氯化銨、雙十八烷基二甲基苄基氯化銨、十八烷基甲基苄基羥乙基硝酸銨、十八烷基甲基苄基羥乙基氯化銨、十二烷基異丁基苄基羥丙基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨。
在製備新型納米膨潤土中，按原料的總重量計，所使用的膨潤土原礦的含量為1-99％，優選60-90％，最優選80-90％；所用的改型劑的含量為0.1-40％，優選5-20％，最優選5-10％；所用的鹼性活化劑的含量為0-40％，優選5-20％，最優選5-10％，該鹼性活化劑包括氫氧化鈉、碳酸鈉、乙醇胺等；所用的質子化劑的含量為0-40％，優選5-20％，最優選5-10％，該質子化劑包括硫酸、鹽酸、冰乙酸等；所用的懸浮分散劑的含量為0-98％，優選8-90％，最優選5-90％，其可以是去離子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物，所述的水溶性高分子聚合物可以為聚丙烯醯胺或聚丙烯酸。
本發明新型納米膨潤土的製備方法為將以下原料按步驟(1)-(6)製備按原料總重量計，1-99％重量膨潤土原礦，0.1-40％重量選自季銨鹽陽離子表面活性劑、碳酸鋰或碳酸鈉的改型劑，0-40％重量鹼性活化劑，0-40％重量質子化劑和0-98％重量選自去離子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物的懸浮分散劑；步驟(1)在膨潤土原礦中加入改型劑，在常溫、常壓下進行改型處理；(2)在改型處理後的膨潤土中加入懸浮分散劑，將其分散、懸浮；(3)加入鹼性活化劑，充分攪拌10-120分鐘，進行活化處理，之後加入質子化劑，充分攪拌10-60分鐘；(4)將活化的膨潤土在1000-11000r/分鐘轉速下高速剪切5-240分鐘，得到納米至微米的膨潤土液；(5)將步驟(4)得到的膨潤土液在2000-15000r/分鐘轉速下離心處理5-120分鐘，製得納米膨潤土液；(6)將納米膨潤土液在10-250℃溫度下濃縮或乾燥10分鐘-30小時，得到所述的新型納米膨潤土。
本發明的新型納米膨潤土具有超強的綜合處理能力，對各種汙水、城市汙水廠二級處理出水、自來水、地下水等中的有害物質進行超強吸附後，能夠迅速沉降，達到處理和排放標準。本發明的新型納米膨潤土無毒副作用，可應用於各行業諸如汙水處理劑、塗料、化妝、洗滌用品、潤滑劑、紡織印染。
圖1是本發明新型納米膨潤土與膨潤土原礦紫外-可見吸收曲線對比圖。
圖2是膨潤土原礦的粒徑分布圖。
圖3是本發明的新型納米膨潤土的粒徑分布圖。
具體實施例方式
以下採用實施例具體說明本發明的新型納米膨潤土，其只是用於說明本發明，並不限制本發明的範圍。
實施例1新型納米膨潤土(1)取膨潤土原礦100克，加入5克十八烷基二甲基苄基氯化銨，採用擠壓操作進行改型處理；(2)改型後的膨潤土中加入800克去離子水，將其分散、懸浮；(3)加入10克氫氧化鈉，充分攪拌100分鐘進行活化處理，之後加入10克硫酸，充分攪拌60分鐘；(4)將活化的膨潤土在8000r/分鐘轉速下高速剪切200分鐘，得到小尺寸的膨潤土液；(5)將小尺寸的膨潤土液在10000r/分鐘轉速下離心處理100分鐘，製得納米膨潤土液；(6)將納米膨潤土液在100℃溫度下濃縮2小時，得到所述的新型納米膨潤土。
該新型納米膨潤土的粒徑為7-100nm，在紫外光300nm處有最大吸收，吸收度達到99.5％。
實施例2新型納米膨潤土(1)取膨潤土原礦200克，加入50克碳酸鋰，採用擠壓操作進行改型處理；(2)改型後的膨潤土中加入500克去離子水，將其分散、懸浮；(3)將分散、懸浮的膨潤土在10000r/分鐘轉速下高速剪切240分鐘，得到小尺寸的膨潤土液；
(4)將小尺寸的膨潤土液在15000r/分鐘轉速下離心處理60分鐘，製得納米膨潤土液；(5)將納米膨潤土液在20℃溫度下乾燥15小時，得到所述的新型納米膨潤土。
該新型納米膨潤土的粒徑為50-100納米，在紫外光310處有最大吸收，吸收度達到99.1％。
實施例3新型納米膨潤土(1)取膨潤土原礦250克，加入50克碳酸鈉，採用擠壓操作進行改型處理；(2)改型後的膨潤土中加入500克聚丙烯酸，將其分散、懸浮；(3)加入50克碳酸鈉，充分攪拌10分鐘進行活化處理，之後加入50克鹽酸，充分攪拌10分鐘；(4)將活化的膨潤土在5000r/分鐘轉速下高速剪切240分鐘，得到小尺寸的膨潤土液；(5)將小尺寸的膨潤土液在5000r/分鐘轉速下離心處理100分鐘，製得納米膨潤土液；(6)將納米膨潤土液在50℃溫度下濃縮25小時，得到所述的新型納米膨潤土。
該新型納米膨潤土的粒徑為20-80納米，在紫外光300處有最大吸收，吸收度達到99.2％。
以下通過對比實施例說明本發明新型膨潤土與膨潤土原礦處理汙水的效果。
對比實施例1取膨潤土原礦和實施例1製備的新型納米膨潤土各0.1克，各加入1000ml的CODCr值為239.7mg/l的城市汙水中，分別標記為A、B，放置4小時後，檢測，A液僅比城市汙水處理廠二級處理水汙染物含量稍低些，CODCr值為190mg/l；BOD5值為75mg/l，SS值為35mg/l，TP值為0.675mg/l。B液符合國家汙水回用相關標準要求，其CODCr值為85mg/l，BOD5值為10mg/l，SS值為9mg/l，TP值為0.005mg/l。
權利要求
1.一種新型納米膨潤土，其具有零維納米尺寸，粒徑為1-600nm，在紫外光250-350nm處有選擇性吸收，吸收度達到99％以上，所述新型納米膨潤土由以下原料按步驟(1)-(6)製備而成按原料總重量計，1-99％重量膨潤土原礦，0.1-40％重量選自季銨鹽陽離子表面活性劑、碳酸鋰或碳酸鈉的改型劑，0-40％重量鹼性活化劑，0-40％重量質子化劑和0-98％重量選自去離子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物的懸浮分散劑；步驟(1)在膨潤土原礦中加入改型劑，在常溫、常壓下進行改型處理；(2)在改型處理後的膨潤土中加入懸浮分散劑，將其分散、懸浮；(3)加入鹼性活化劑，充分攪拌10-120分鐘，進行活化處理，之後加入質子化劑，充分攪拌10-60分鐘；(4)將活化的膨潤土在1000-11000r/分鐘轉速下高速剪切5-240分鐘，得到納米至微米的膨潤土液；(5)將步驟(4)得到的膨潤土液在2000-15000r/分鐘轉速下離心處理5-120分鐘，製得納米膨潤土液；(6)將納米膨潤土液在10-250℃溫度下濃縮或乾燥10分鐘-30小時，得到所述的新型納米膨潤土。
2.根據權利要求1所述的新型納米膨潤土，其中所述的新型納米膨潤土的粒徑為1-100nm。
3.根據權利要求2所述的新型納米膨潤土，其中所述的新型納米膨潤土的粒徑為1-30nm。
4.根據權利要求3所述的新型納米膨潤土，其中所述的新型納米膨潤土的粒徑為5-10nm，在300nm紫外光處有最大吸收峰。
5.根據權利要求1或4所述的新型納米膨潤土，其中所述的季銨鹽陽離子表面活性劑，其分子式為R1R2R3R4N+X-，其中R1為碳原子數12-60的長鏈烷基，R2為碳原子數1-22的芳基或烷基，R3為碳原子數2-8的羥基取代的烷基或芳基，R4是與R2或R3相同的基團，X-為Cl-、Br-、I-、NO2-、OH-、CH3SO4-或C2H3O2-。
6.根據權利要求1或4所述的新型納米膨潤土，其中鹼性活化劑為氫氧化鈉、碳酸鈉或乙醇胺，按原料總重量計，其含量為5-10％；所述的質子化劑為硫酸、鹽酸或冰乙酸，按原料總重量計，其含量為5-10％。
7.根據權利要求6所述的新型納米膨潤土，其中按原料總重量計，所述的懸浮分散劑的含量為5-90％，其中所述的水溶性高分子聚合物選自聚丙烯醯胺或聚丙烯酸。
8.一種新型納米膨潤土的製備方法，將以下原料按步驟(1)-(6)製備按原料總重量計，1-99％重量膨潤土原礦，0.1-40％重量選自季銨鹽陽離子表面活性劑、碳酸鋰或碳酸鈉的改型劑，0-40％重量鹼性活化劑，0-40％重量質子化劑和0-98％重量選自去離子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物的懸浮分散劑；步驟(1)在膨潤土原礦中加入改型劑，在常溫、常壓下進行改型處理；(2)在改型處理後的膨潤土中加入懸浮分散劑，將其分散、懸浮；(3)加入鹼性活化劑，充分攪拌10-120分鐘，進行活化處理，之後加入質子化劑，充分攪拌10-60分鐘；(4)將活化的膨潤土在1000-11000r/分鐘轉速下高速剪切5-240分鐘，得到納米至微米的膨潤土液；(5)將步驟(4)得到的膨潤土液在2000-15000r/分鐘轉速下離心處理5-120分鐘，製得納米膨潤土液；(6)將納米膨潤土液在10-250℃溫度下濃縮或乾燥10分鐘-30小時，得到所述的新型納米膨潤土。
9.根據權利要求8所述的新型納米膨潤土，其中所述的水溶性高分子聚合物選自聚丙烯醯胺或聚丙烯酸。
10.根據權利要求9所述的新型納米膨潤土，其中鹼性活化劑為氫氧化鈉、碳酸鈉或乙醇胺；所述的質子化劑為硫酸、鹽酸或冰乙酸。
全文摘要
本發明涉及一種新型納米膨潤土及其製備方法。所述的新型納米膨潤土材料具有零維納米尺寸，粒徑為1－600nm，在紫外光250－350nm處有選擇性吸收，吸收度達到99％以上，其是通過膨潤土原礦經改型處理，加入懸浮分散劑，再經鹼性活化劑，質子化劑處理後，在1000－11000r/分鐘轉速下高速剪切，經離心處理，濃縮或乾燥後，得到所述的新型納米膨潤土。
文檔編號C04B20/02GK1660713SQ20041000470
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月24日 優先權日2004年2月24日
發明者李偉, 葛雲 申請人:李偉