胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的製備方法
2023-05-01 21:25:36 2
胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的製備方法，屬於環保【技術領域】。按照海泡石：去離子水：無水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)的比例製備海泡石懸濁液，並攪拌形成凝膠；在7000?lOOOOrpm攪拌條件下加入質量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基）乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，其與海泡石的比例為4.5?9:2?3(v/w);加入無水乙醇，繼續攪拌形成凝膠體系後，用無水乙醇抽濾並收集凝膠濾餅；將濾餅置於烘箱中恆溫70?80°C，持續18h後烘乾，研磨後即得到胺基羧酸修飾海泡石。本發明工藝簡單、成本低、適用範圍廣、無二次汙染。
【專利說明】胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及重金屬吸附材料的製備技術，特別是一種胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的製備方法，屬於環保【技術領域】。
【背景技術】
[0002]工業作為我國經濟的重要支撐，高速發展的同時帶來了日益嚴重的環境汙染問題，尤其是隨著頻繁的開礦、金屬冶煉以及加工，大量含鉛、汞、鎘、鈷、銅等廢氣、廢水和固體廢物排放到環境中，造成嚴重危害。據不完全統計，目前全世界平均每年排放汞約1.5萬噸，銅約340萬噸，鉛約500萬噸，錳約1500萬噸，鎳約100萬噸等，排放的廢棄物使很多區域的土壤重金屬濃度明顯高於背景值。重金屬汙染會不僅會嚴重影響和改變水體、土壤等的生態功能，還會導致農作物產量和品質的下降，重金屬在食物鏈中的過量富集會對自然環境和人體健康造成很大的危害，影響社會經濟可持續發展。
[0003]目前，人們利用多種方法，如:化學沉澱法、吸附法、氣浮法、氧化還原法等，處理廢水中的重金屬離子，其中，以化學沉澱法和吸附法應用最為廣泛。
[0004]海泡石(S^1lite)化學式為Mg8Si12O3tl(OH)4(OH2)4AH2O,是一種 2:1 型鏈式層狀結構的纖維狀富鎂矽酸鹽礦物，通常呈白、淺灰、淺黃等顏色，不透明也沒有光澤，硬度2?3，密度2?2.5g/cm3，具有收縮率低，可塑性好，比表面大，吸附性強以及熱穩定等優點。我國是世界上少數幾個富產海泡石的國家之一，在湖南、江西、河北均有廣泛分布，但開發利用卻十分落後，目前仍以出口原料為主。海泡石理論比表面積為900m2/g，接近活性炭，但價格僅為其十幾分之一。近年來，通過表面修飾方法來提高材料性能，製備功能先進、性能突出的材料以及複合材料成為研究的熱點。因此加強對海泡石的開發利用，特別是通過表面修飾來提高海泡石的吸附性能有極其重要的意義。
[0005]2000年，學者Mercier在甲苯溶液中利用3_巰丙基三甲氧基娃燒(3-mercapto-pro-pyltrimethoxysilane)對海泡石進行表面修飾,修飾後的材料對Pb2+和Cd2+的最大吸附量分別為0.31mmol/g和0.21mmol/g。但由於該反應是在有機溶液甲苯中進行,不可避免會造成一定的汙染和危害。因此亟需開發一種快速、低成本、綠色環保的合成工藝對海泡石進行表面修飾以提高其吸附性能。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種工藝簡單、成本低、適用範圍廣、無二次汙染的胺基羧酸修飾海泡石作為重金屬吸附劑的製備方法。
[0007]為實現上述目的，本發明提供了一種納米織構化方法製備胺基羧酸海泡石，該胺基羧酸海泡石可作為重金屬吸附劑，製備方法如下:
[0008](I)取海泡石粉末，分散於去離子水中，加入無水乙醇，形成海泡石懸濁液，其中，海泡石:去離子水:無水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)；
[0009](2)製備質量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，備用；
[0010](3)將海泡石懸濁液在分散機上攪拌形成凝膠後，在7000?1000rpm攪拌條件下加入步驟(2)中製備好的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，質量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液與海泡石的比例為 4.5 ?9:2 ?3 (v/w)；
[0011](4)加入無水乙醇，繼續攪拌形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系，將該凝膠體系轉移至布氏漏鬥，用無水乙醇抽濾並收集凝膠濾餅；
[0012](5)將上述凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置於烘箱中恆溫70?80°C，持續18h後將廣口瓶中凝膠取出，烘乾，研磨後即得到胺基羧酸修飾海泡石(TMS-EDTA-海泡石)。
[0013]本發明具有如下優點:
[0014](I)適用範圍廣:本發明製備的吸附材料主要用於含重金屬離子的廢水處理、水體的修復，以及重金屬汙染土壤的修復等，對於由鉛、鎘、銅等多種重金屬元素引起的複合汙染也有顯著的效果。
[0015](2)吸附效果好:本發明製備的重金屬吸附分離材料胺基羧酸修飾海泡石，含有大量的活性功能基團，可通過化學吸附等表面絡合反應吸附重金屬，經試驗證明胺基羧酸修飾海泡石對鉛(Pb)、鎘(Cd)和銅(Cu)均具有較好的吸附效果。
[0016](3)用量少、易推廣:本發明的材料在投加量較少的情況下即可取得較好的效果，成本較低，不會產生二次汙染，易被社會接受，同時使用方法簡單，可以大規模推廣應用。
[0017](4)本發明採用快速、低成本的一步法合成工藝，利用水做反應介質，綠色環保；產品的吸附性能得到進一步提升，對Pb2+、Cd2+和Cu2+的最大吸附量分別為0.338,0.357和
0.469mmol/g ;操作簡單,產率高,有利於推進規模化生產。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
[0019]稱取海泡石粉末3g，加入50ml去離子水，40ml無水乙醇，形成海泡石懸濁液；將海泡石懸濁液在分散機上以8000rpm的速度高速攪拌8min形成凝膠，備用(I);將購買的質量濃度為45%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液2ml溶於去離子水中，製備質量濃度為10%的鹽溶液備用(II);繼續在8000rpm攪拌條件下將質量濃度為10%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液用量9ml (II)傾倒入(I)中，加入Iml無水乙醇,繼續8000rpm攪拌25min,形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系,其中鈉鹽溶液和海泡石的比例為9:3(v/w);將該反應凝膠體系轉移至布氏漏鬥，用無水乙醇抽濾並收集凝膠濾餅，將凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置於烘箱中恆溫70°C，持續18h後，將廣口瓶中凝膠取出，80°C烘乾，研磨後即得到胺基羧酸修飾海泡石3.17g。
[0020]實施例2
[0021]稱取海泡石粉末2.5g，加入70ml去離子水，55ml無水乙醇，形成海泡石懸濁液；將海泡石懸濁液在分散機上以7000rpm的速度高速攪拌8min形成凝膠，備用(I);將購買的質量濃度為45 %的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液2.5ml溶於去離子水中，製備質量濃度為15%的鹽溶液備用(II) ;10000rpm攪拌條件下將質量濃度為15%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液用量7.5ml (II)傾倒入(I)中，加入3ml無水乙醇,繼續8000rpm攪拌25min,形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系,其中鈉鹽溶液和海泡石的比例為7.5:2.5(v/w);將該反應凝膠體系轉移至布氏漏鬥，用無水乙醇抽濾並收集凝膠濾餅，將凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置於烘箱中恆溫80°C，持續18h後，將廣口瓶中凝膠取出，80°C烘乾，研磨後即得到胺基羧酸修飾海泡石2.55g。
[0022]實施例3
[0023]稱取海泡石4g，加入40ml去離子水，35ml無水乙醇，形成海泡石懸濁液；將海泡石懸濁液在分散機上以9000rpm的速度高速攪拌7min形成凝膠，備用(I);將購買的質量濃度為45%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液4ml溶於去離子水中，製備質量濃度為20%的鹽溶液備用(II) ;9000rpm攪拌條件下將質量濃度為20%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液用量9ml (II)傾倒入(I)中，加入2ml無水乙醇，繼續9000rpm攪拌25min，形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系，其中鈉鹽溶液和海泡石的比例為4.5:2(v/w);將該反應凝膠體系轉移至布氏漏鬥，用無水乙醇抽濾並收集凝膠濾餅，將凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置於烘箱中恆溫80°C，持續18h後，將廣口瓶中凝膠取出，65°C烘乾，研磨後即得到胺基羧酸修飾海泡石4.20g。
[0024]實施例4
[0025]胺基羧酸修飾海泡石吸附水溶液Pb2+、Cd2+和Cu2+的應用。
[0026]配置濃度均為100mg/L的Pb2+、Cd2+和Cu2+溶液作為工作液，各量取25ml置於50ml離心管中，分別稱取實施例1製備的胺基羧酸修飾海泡石0.025g加入已經添加Pb2+、Cd2+和Cu2+汙染工作液的離心管中，胺基羧酸修飾海泡石與汙染工作液的比例為lg/L，25°C恆溫震蕩6h，3800rpm離心後取上層清液，用原子吸收分光光度計測定溶液中Pb2+、Cd2+和Cu2+濃度，根據工作液中Pb2+和Cd2+濃度前後濃度差計算胺基羧酸修飾海泡石的吸附量。
[0027]結果顯示:胺基羧酸修飾海泡石對溶液中鉛、鎘和銅汙染均具有良好的吸附效果，其飽和吸附量為:鉛 0.338mmol/g,鎘 0.357mmol/g 和銅 0.469mmol/g。
【權利要求】
1.胺基羧酸修飾海泡石重金屬吸附劑的製備方法，其特徵在於:包括以下步驟: (1)取海泡石粉末，分散於去離子水中，加入無水乙醇，形成海泡石懸濁液，其中，海泡石:去離子水:無水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)； (2)製備質量濃度為10?20%的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，備用； (3)將海泡石懸濁液在分散機上攪拌形成凝膠後，在7000?1000rpm攪拌條件下加入步驟(2)中製備好的N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液，N-(三甲氧基甲矽烷基丙基)乙二胺三乙酸三鈉鹽溶液與海泡石的比例為4.5?9:2?3(v/w)； (4)加入無水乙醇，繼續攪拌形成胺基羧酸修飾海泡石凝膠體系，將該凝膠體系轉移至布氏漏鬥，用無水乙醇抽濾並收集凝膠濾餅； (5)將上述凝膠濾餅轉移至廣口瓶，置於烘箱中恆溫70?80°C，持續18h後將廣口瓶中凝膠取出，烘乾，研磨後即得到胺基羧酸修飾海泡石。
【文檔編號】B01J20/22GK104209094SQ201410504697
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】徐願堅, 韓君, 周建強 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院