[发明专利]基于水热-活化耦合技术制备凹凸棒石/碳吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备凹凸棒石/碳吸附剂的方法，具体地说涉及一种基于水热-活化耦合技术制备凹凸棒石/碳吸附剂的方法。

背景技术

凹凸棒石是一种天然的纳米尺度的层状水合镁铝硅酸盐矿物，来源广泛、价格低廉、理化性能优越，具有较丰富的孔道结构和一定的比表面积，对无机金属离子有较强的吸附性能。因此，凹凸棒石已被广泛应用于各种领域，包括总金属离子和染料吸附剂以及催化剂载体，但由于凹凸棒石表面具有较强的亲水性，因此凹凸棒石在有机污染物的吸附性能上仍有较大的局限性。

传统的凹凸棒石亲有机改性方法主要是采用表面活性剂改性，比如使用表面活性剂(如十六烷基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵等)和偶联剂(如硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂)对凹凸棒石进行改性；此外还有高温煅烧以及酸处理等改性方法。然而表面活性剂和偶联剂存在着改性方法繁琐、成本高等缺点；高温煅烧法改性凹凸棒石，反应温度至少达到500℃以上，能耗较高，且对有机污染物的吸附性能提升不大。

此外，决定吸附剂吸附能力的另一重要因素是比表面积。粘土矿物吸附剂虽然具有来源广泛、价格低廉的优势，但粘土矿物比表面积普遍较低，例如凹凸棒石比表面积约为100m²/g，该值远低于常用吸附剂活性炭的比表面积(1000～3000m²/g)。文献对凹凸棒石进行加热处理所得的比表面积多数低于100m²/g，另有将凹凸棒石水热处理与酸活化结合起来，所得比表面积也在300m²/g以下。

发明内容

本发明旨在提供一种基于水热-活化耦合技术制备凹凸棒石/碳吸附剂的方法，本方法反应条件温和，操作简单，耗能少。采用本方法制备的凹凸棒石/碳吸附剂，比表面积可高达1000m²/g以上，并且携带有机官能团的无定形纳米碳在凹凸棒石表面的负载提高了凹凸棒石的亲有机性，从而吸附剂对典型的有机污染物有着较强的吸附能力。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于水热-活化耦合技术制备凹凸棒石/碳吸附剂的方法，包括如下步骤：

1)、水热处理

将凹凸棒石与纤维素按1:2的质量比分散于70mL的水中得到混合料，向所述混合料中加入2.8g的催化剂六水合硫酸亚铁铵，搅拌混合均匀，升温至220℃水热反应12h，自然冷却后用蒸馏水和乙醇交替洗涤至pH＝7，干燥后得到凹凸棒石/碳黑色粉末；

2)、活化处理

将步骤1)中得到的凹凸棒石/碳黑色粉末浸渍于ZnCl₂溶液中，凹凸棒石/碳与ZnCl₂的质量比为2～0.5:1，搅拌分散后形成泥浆状混合物，室温下静置4～24小时得到浸渍完的样品；将所述浸渍完的样品烘干，置于活化炉中升温至400℃～550℃，煅烧30～75分钟；煅烧后得到的深黑色样品依次经盐酸洗涤、热水洗涤，干燥粉碎后即得到活化改性的凹凸棒石/碳吸附剂。

在步骤2的活化处理过程中，采用N₂气氛保护下煅烧，即先将活化炉中的空气用真空泵抽尽，再通入N₂，反复三次，最后以200mL/min的速率连续通入N₂，保证活化过程中无空气的影响；活化炉以5℃/min的升温速率升至400～550℃，保温30～75分钟。

在步骤2的活化处理过程中，活化煅烧后得到的深黑色样品先经过1.2mol/L的盐酸溶液反复洗涤数次，再将所述深黑色样品用70℃的热水反复冲洗数次至pH为7，最后60℃干燥，粉碎后即得到活化改性的凹凸棒石/碳吸附剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明首先以凹凸棒石粘土和纤维素碳源为原料，通过非均相水热合成法使纤维素碳化生成的纳米碳负载沉积于凹凸棒石表面，得到纳米尺度复合的凹凸棒石/碳材料，然后对凹凸棒石/碳材料进行活化。与常规活化法制取的活性碳的收率(＜30％)相比，本水热-活化耦合技术制备的凹凸棒石/碳吸附剂的收率(35～40％)较高，同时本发明所用原料均来自于自然界，来源纯净，价格低廉，操作简单，耗能少。