[发明专利]一种有机改性凹凸棒石吸附剂的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及到一种凹凸棒石吸附剂的有机改性方法，以改善凹凸棒石作为吸附剂对有机污染物的吸附能力，应用于水体中微量有机污染物脱除。 

二、背景技术

凹凸棒石是一种廉价且储量丰富的具有链层状结构的镁铝硅酸盐粘土矿物，其单晶体直径为30-50nm，具有巨大的比表面积，表现出纳米效应、吸附活性和化学活性，是一种性能优异的天然纳米矿物材料。凹凸棒石中存在3种类型的水：结构水、结晶水和沸石水。凹凸棒石结构内的结晶水位于其孔道表面，它易和进入孔道的吸附质形成氢键连接。因而在作为吸附剂使用时，凹凸棒石对有机物的吸附较弱。凹凸棒石传统的亲有机性改性方法是利用表面活性剂（如十六烷基溴化铵、溴代十六烷基吡啶等）、偶联剂（如硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂）、高温煅烧有机物以及酸处理等加以改性。然而表面活性剂、偶联剂和高温法改性存在着改性方法繁琐、成本高、且耗能大等缺点。 

三、发明内容

本发明旨在提供一种有机改性凹凸棒石吸附剂的制备方法，所要解决的技术问题是通过改善凹凸棒石的亲有机性提高其对有机污染物的吸附能力。 

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。据文献报道，在温度低于250℃的水热反应中，纤维素会先水解变成寡聚糖和单糖类，这些物质再断裂生成HMF和有机酸等化合物，之后这些小分子聚合碳化生成核壳结构的微粒碳球，富含-OH、-C=O、-COOH等有机基团。由于水热合成具备反应条件温和（300℃以下），能耗低，反应周期短和实验设备简单，晶体生长特性可控等优点，通常被誉为“绿色反应”。由于是低温合成，获得的碳材料表面一般都含丰富有机官能团。因此纤维素这种廉价广泛的生物质可以用作水热反应制备复合材料的碳源。 

凹凸棒石具有天然的纳米结构，单根纤维晶的直径大约几十纳米，长度可达1μm。利用凹凸棒石天然硬模板效应，采用简单绿色的一步水热法诱导廉价的生物质碳源纤维素在凹凸棒石表面碳化，从而获得有机改性凹凸棒石吸附剂，嫁接有机官能团，改善凹凸棒石的亲有机性，提高其对有机污染物的吸附能力。 

本发明以凹凸棒石粘土和生物质碳源纤维素为原料，通过非均相水热合成法制备得到有机改性凹凸棒石吸附剂，本发明有机改性凹凸棒石吸附剂由凹凸棒石及其晶体表面负载含有－CH官能团的无定形炭组成，因此又称凹凸棒石/炭纳米复合材料。 

本发明有机改性凹凸棒石吸附剂的制备方法，采用非均相水热合成的方法，其特征在于： 

将凹凸棒石含量≥98wt%的凹凸棒石粘土原矿粉碎并过200目筛（d=74μm）得凹凸棒石粉料；将纤维素和所述凹凸棒石粉料按质量比2-4：1的比例混合，加入催化剂，再加水超声或搅拌分散均匀，升温至210-250℃反应12-48小时，再经冷却、洗涤、干燥和粉碎后得到有机改性凹凸棒石粉末；水热反应时反应釜体积填充率保持在70-80%。 

所述催化剂为六水合硫酸亚铁铵，催化剂的添加量以Fe²⁺计为纤维素和凹凸棒石粉料总质量的3-10%，进一步优选为5-7%，能够有效提高碳源的炭化率，促进炭颗粒在凹凸棒石表面的生长和分散。 

将本发明有机改性凹凸棒石吸附剂用于水体中有机污染物的吸附处理： 

以苯酚作为有机污染物进行吸附处理，苯酚溶液的浓度为5mg/L，本发明有机改性凹凸棒石吸附剂的添加量与苯酚溶液的固液比为1g：50mL，25℃下恒温振荡吸附12h，测定吸附脱除率； 

以亚甲基蓝作为有机污染物进行吸附处理，亚甲基蓝溶液的浓度为5mg/L，本发明有机改性凹凸棒石吸附剂的添加量与亚甲基蓝溶液的固液比为1g：1600-2500mL，25℃下恒温振荡吸附4-12h，测定吸附脱除率。 

与已有技术相比，本发明有益效果体现在： 

1、本发明采用水热合成的方法，凹凸棒石保留了原有的形貌和晶体结构，其晶体表面具有诱导效应，使得生物质纤维素水热炭化后炭在其表面生长，获得凹凸棒石/炭纳米复合材料。与常规的500℃-1000℃高温煅烧制备改性凹凸棒石方法相比，本发明方法水热条件温度低于250℃，并且无需气氛保护，无需添加任何的表面活性剂，是一种绿色环保的凹凸棒石有机改性方法；与常规的表面活性剂法制备改性凹凸棒石相比，本发明方法所用原料易得、价格低廉，改性路线简单易行，能耗小。 

2、本发明通过水热法载有机炭之后，使得凹凸棒石的亲有机性得到改善，对于典型有机污染物的吸附性能大幅度提高。 

四、附图说明