一種環境友好型改性膨潤土及其製備方法
2023-06-21 04:51:06 1
專利名稱：一種環境友好型改性膨潤土及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種改性膨潤土及其製備方法，特別是涉及一種新的環境友好、沒有任何汙染、無毒無害的改性膨潤土及其製備方法。
背景技術：
膨潤土是一種在自然界分布較為廣泛的粘土類礦物，屬非金屬礦產。中國的膨潤土礦資源非常豐富，儲量居世界首位，佔世界總量的60％，預測資源量在70億t以上，並以分布廣、埋藏淺、易採掘及品種齊全為特點。膨潤土及其提純改型產品都不同程度地具有一些優越的特性，這些特性主要有膨脹性、親水性(或親油性，如有機膨潤土)、吸附性、陽離子交換性、催化活性、分散性、懸浮性、粘接性、觸變性、穩定性、無毒性。隨著科學技術的發展，人們對膨潤土結晶特性和物理化學性質的了解逐漸加深，膨潤土在工農業生產和科學研究方面的使用日益廣泛。它作為粘結劑、懸浮劑、增稠劑、觸變劑、絮凝劑、穩定劑、淨化脫色劑、充填劑、催化劑以及催化劑載體在冶金、機械鑄造、鑽探、石油化工、輕工、農林牧、建築工程、環保等領域有著十分廣泛的應用前景。由於膨潤土帶電性和較大的比表面積使其具有較強的吸附性，因此膨潤土具有良好的離子交換能力和吸附性能，可用於多種汙染物的去除。但是天然膨潤土中由於表面矽氧結構具有極強的親水性和層間大量可交換性陽離子的水解，使其表面通常存在一層薄的水膜，而限制了在水溶液中的應用；此外，膨潤土固液分離速度慢，絮凝物脫水效果差，也影響了其實際應用。為了滿足某種需要或為了提高膨潤土的使用效果，獲得具有實用性的高性能膨潤土，在一定條件下，人為地在膨潤土中引進一些無機離子或(和)有機化合物，使膨潤土的結構和化學性質發生改變，達到對膨潤土改型的目的。目前，對膨潤土的改性研究主要集中於以下幾方面①酸活化處理經酸處理的膨潤土與原土相比，孔道和孔隙結構有所改善，原土較為緻密的片狀板層堆積結構變得疏鬆，孔道擴大，有利於汙染物分子的進入並進行有效的吸附。
②高溫焙燒在適當溫度下焙燒一定時間後，膨潤土的表面水及空隙中的一些雜質基本除去，空隙率和比表面積增大，從而增強吸附性能。
③無機鹽處理將無機多聚羥基金屬離子如Al、Cr、Fe、Bi、Zr、Co、Ni等交換進入層間，將單元層橋聯並撐開，形成一種二維通道的「層柱」狀結構的新礦物，即交聯膨潤土，也稱柱撐膨潤土。柱撐膨潤土具有很高的比表面積及熱穩定性，其路易斯酸活性很高。同時由於柱撐膨潤土獨特的極性、孔徑分布和高比表面積，因而其吸附性能大大增強。
④有機覆蓋處理用長鏈烷基伯銨、仲銨、叔銨、季銨鹽、醯銨以及季磷鹽等有機陽離子，置換膨潤土蒙脫石中粒子表面原先吸附的陽離子。這樣，將體積較大的有機陽離子引入膨潤土蒙脫石層間，形成大孔洞的材料，使其結構改變，從而達到有機改性的目的。
經多年研究發現，改性膨潤土作為水處理劑在各類廢水處理尤其是工業廢水處理中的應用潛力巨大，改性土可廣泛應用於去除芳香族化合物、有毒和難降解有機物、除色等。由於價格低廉，適用範圍廣，隨著研究的不斷深入，改性膨潤土水處理劑將有可能取代傳統吸附劑在廢水處理中的地位，在廢水處理中得到廣泛應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種環境友好型改性膨潤土及其製備方法，該方法通過微波處理的手段改性，加快改性反應速度，且不增加其它化學成分；除殼聚糖本身的吸附性之外，殼聚糖的分子鏈可鑽入膨潤土蒙脫石的片層之間，增大層間距，改變膨潤土層間距和比表面積及表面羥基數量，提高膨潤土的吸附能力。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種環境友好型改性膨潤土，該改性膨潤土以殼聚糖為改性劑，利用無毒無害的天然多糖——殼聚糖對鈉基膨潤土進行改性。
如上所述的一種環境友好型改性膨潤土，根據X-射線衍射條件及布拉格方程2dsinθ＝λ，測量出2θ角為6.31°，計算出的層間距d為1.4735nm；改性膨潤土水洗後2θ角為6.32°，層間距d為1.4566nm。
一種環境友好型改性膨潤土的製備方法，該方法的步驟為首先處理原土將原土於105℃乾燥箱中烘乾，用球磨機將其粉碎，研磨，再過0.16mm篩，備用；然後配製殼聚糖醋酸溶液用少量蒸餾水將殼聚糖粉末分散成均勻的混懸液，然後，加入少量5％的醋酸溶液，在不斷攪拌下緩慢溶解一定脫乙醯度的殼聚糖，配製成一定濃度的殼聚糖溶液，靜置至透明；最後製備殼聚糖改性膨潤土取濃度為0.5～1.0％、脫乙醯度90％的殼聚糖溶液50～60ml，將50g膨潤土調成糊狀，靜置，使膨潤土充分浸潤。將此糊狀物置於微波爐中，加熱乾燥，研細，過0.16mm篩，即得殼聚糖改性膨潤土。
本發明的優點與效果是1.本發明以天然的、無毒無害的生物多糖——殼聚糖為原料對膨潤土進行改性，該種改性膨潤土，價格低、性能好、對環境友好、沒有任何汙染，既適合工業廢水處理，又適合藥劑製造和食品工業。
2.本發明通過微波處理的手段改性，加快改性反應速度，又不增加其它化學成分；除殼聚糖本身的吸附性之外，殼聚糖的分子鏈可鑽入膨潤土蒙脫石的片層之間，增大層間距，改變了膨潤土層間距和比表面積及表面羥基數量，提高了膨潤土的吸附能力；且殼聚糖為改性劑，成本低、適應面廣，改性膨潤土在食品工業中應用後，可以作為飼料和肥料。
3.本發明作為一種新型改性膨潤土產品，可應用染料溶液脫色、廢水中Cu2+、Cd2+、Pb2+等離子的去除及中藥注射液中鞣酸清除，同時對陳醋、果汁的澄清效果良好。
4.殼聚糖改性膨潤土用於酸性大紅、酸性元青、酸性天藍、酸性綠、酸性咖啡、直接紅等染料溶液脫色，在pH＜10的溶液中、投土量為1％(g/ml)、高速攪拌(1000轉/分鐘)5分鐘條件下，脫色效果最好；適合於印染廢水的處理。
5.殼聚糖改性膨潤上應用於陳醋的澄清，在室溫、投土量1.5％、攪拌5min(1000轉/分鐘)條件下澄清效果顯著、工藝簡單、成本較低，每公斤陳醋增加成本0.15元，而售價將成倍增加，具有顯著效益。用於蘋果汁澄清，在30℃～40℃、原果汁、投土量為0.64％(g/ml)、攪拌3min(1000轉/分鐘)條件下澄清效果最好。
6.殼聚糖改性膨潤土清除中藥注射液中鞣酸，在室溫、pH＝4～9、鞣酸溶液濃度為0.5％、投土量為2％(g/ml)、攪拌5min(1000轉/分鐘)條件下，對鞣酸的吸附作用迅速、明顯，可以清除中藥注射液中的鞣酸。
7.殼聚糖改性膨潤土還可用於Cu2+、Cd2+、Pb2+等離子的去除，在各自的優化條件下，去除率良好。
附圖是本發明殼聚糖改性膨潤土的製備工藝流程圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發明進行詳細說明。
合成原理天然土是一種層狀矽鋁酸鹽，層與層之間靠靜電作用結合，四面體及八面體存在廣泛的同晶置換，四面體中的Si4+常被Al3+替代，八面體中的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Fe2+、Ni2+、Li+等替代，使層間產生弱的負電荷，從而具有吸附某些陽離子的能力。殼聚糖分子中含有比較多的氨基，當其溶解於酸性溶液中時，即帶有正電荷。這樣，膨潤土和殼聚糖可以依靠正負電荷的吸引結合在一起。由於帶正電荷的殼聚糖分子鏈很大，它未必完全進入粘土層間，可能有一部分留在外邊。通過X-射線衍射實驗和透射電子顯微鏡可以證實這一點。如果膨潤土的X-射線譜圖中001峰向小角度移動或消失，說明膨潤土的層間距增大，即殼聚糖鑽入膨潤土的層間。
原土的處理將原土於105℃乾燥箱中烘乾，用球磨機將其粉碎，研磨，再過0.16mm篩，備用。
殼聚糖醋酸溶液的配製用少量蒸餾水將殼聚糖粉末分散成均勻的混懸液，然後，加入少量5％的醋酸溶液，在不斷攪拌下緩慢溶解一定脫乙醯度的殼聚糖，配製成一定濃度的殼聚糖溶液，靜置至透明。
殼聚糖改性膨潤土的製備取濃度為0.5-1.0％、脫乙醯度90％的殼聚糖溶液50-60ml，將50g膨潤土調成糊狀，靜置，使膨潤土充分浸潤。將此糊狀物置於微波爐中，加熱乾燥，研細，過0.16mm篩，即得殼聚糖改性膨潤土。
殼聚糖改性膨潤土的最適宜製備條件負載土的最佳製備條件殼聚糖脫乙醯度為90％，殼聚糖溶液濃度為0.05-1.0％，殼聚糖溶液與膨潤土液固比為1，浸潤時間為75min。
權利要求
1.一種環境友好型改性膨潤土，其特徵在於，該改性膨潤土以殼聚糖為改性劑，利用無毒無害的天然多糖——殼聚糖對鈉基膨潤土進行改性。
2.根據權利要求1所述的一種環境友好型改性膨潤土，其特徵在於，根據X-射線衍射條件及布拉格方程2dsinθ＝λ，測量出2θ角為6.31°，計算出的層間距d為1.4735nm；改性膨潤土水洗後2θ角為6.32°，層間距d為1.4566nm。
3.一種環境友好型改性膨潤土的製備方法，其特徵在於，該方法的步驟為首先處理原土將原土於105℃乾燥箱中烘乾，用球磨機將其粉碎，研磨，再過0.16mm篩，備用；然後配製殼聚糖醋酸溶液用少量蒸餾水將殼聚糖粉末分散成均勻的混懸液，然後，加入少量5％的醋酸溶液，在不斷攪拌下緩慢溶解一定脫乙醯度的殼聚糖，配製成一定濃度的殼聚糖溶液，靜置至透明；最後製備殼聚糖改性膨潤土取濃度為0.5～1.0％、脫乙醯度90％的殼聚糖溶液50～60ml，將50g膨潤土調成糊狀，靜置，使膨潤土充分浸潤。將此糊狀物置於微波爐中，加熱乾燥，研細，過0.16mm篩，即得殼聚糖改性膨潤土。
全文摘要
一種環境友好型改性膨潤土及其製備方法，涉及一種改性膨潤土及其製備方法，該改性膨潤土以無毒無害的天然多糖——殼聚糖為改性劑，對鈉基膨潤土進行改性。其製備方法為首先對原土進行處理，然後配製殼聚糖醋酸溶液，最後製備殼聚糖改性膨潤土。取濃度為0.5～1.0％、脫乙醯度90％的殼聚糖溶液50～60ml，將50g膨潤土調成糊狀，靜置，使膨潤土充分浸潤。將此糊狀物置於微波爐中，加熱乾燥，研細，過0.16mm篩，即得殼聚糖改性膨潤土。該種改性膨潤土，價格低、性能好、對環境友好、沒有任何汙染，既適合工業廢水處理，又適合藥劑製造和食品工業。
文檔編號C01B33/00GK101058426SQ20071001095
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月13日 優先權日2007年4月13日
發明者邵紅, 馬勇 申請人:瀋陽化工學院, 馬勇