[发明专利]一种基于蒙脱石的多孔材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于蒙脱石的多孔材料及其制备方法和应用，由以下按照重量份的原料制成：蒙脱石23‑32份、脱乙酰甲壳素15‑21份、钠基膨润土13‑18份、造孔剂8‑15份、氧化石墨烯4‑10份、氢氧化钠2‑9份。其制备方法为，先将蒙脱石粉末、脱乙酰甲壳素粉末和钠基膨润土粉末加入氢氧化钠溶液，获得沉淀再加入氧化石墨烯混合获得混合粉末，混合粉末压制成形获得压坯，压坯经烧结即得。在烧结时，控制烧结中期结束，从而获得强度高，孔隙率丰富的多孔材料，所制备的复合型重金属废水处理材料对重金属具有较好的吸附效果，且吸附性能优于目前常规的改性蒙脱石，并可再生使用，具有重要的市场价值和社会价值。

技术领域

本发明属于环保材料领域，具体涉及一种基于蒙脱石的多孔材料及其制备方法和应用。

背景技术

水体污染中，含有重金属的废水对人居环境造成了巨大的威胁。目前，重金属废水处理主要有化学法、物理法和生物法三大类，其中以物理法中的吸附法为最常用的方法之一。常用的吸附剂包括天然材料和人工材料两种，天然材料材料包括活性炭、矿物质等，人工材料包括改性矿物基材料和改性纳米粉体材料等。一般来说，天然材料较易获取，成本较低，但吸附效果较差，难以广泛利用；现有的技术一般围绕着矿物基粉体材料进行表面改性，而由于矿物基粉体材料基体强度不高，无自承重结构，造成其再生困难等问题。

蒙脱石是自然界常见的硅酸盐矿物之一。蒙脱石具有较大的比表面积和孔容，其结构单元层为2层硅氧四面体夹带1层铝氧八面体，靠共用的氧原子连接，在四面体和八面体内可以发生同晶置换，晶胞内高价硅离子Si⁴⁺、铝离子Al³⁺能部分或全部的被其他低价阳离子置换，结果使蒙脱石单位晶胞带负电荷，成为一个大负离子团，其层间的阳离子也可以互相交换，决定其能有效吸附废水中的重金属离子。目前，以蒙脱石为基础材料制备的重金属吸附材料一般为粉末状，对重金属废水进行处理后仍需进行过滤及收集，且过滤及分离难度较高，造成其难以回收再利用的现状。如何能在现有的技术上进一步提高基于蒙脱石的吸附材料的重金属吸附性能及可再生性能，是目前待解决的问题之一。

多孔材料是指含一定数量孔洞的结构体，是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、吸附性好、渗透性好等优点。

传统的烧结过程可分为烧结初期、烧结中期和烧结后期三个阶段；其中，烧结初期，坯体中颗粒重排，颗粒接触处产生键合，逐渐形成烧结颈，空隙变形缩小。烧结中期，传质开始，粒界增大，空隙进一步变性缩小，但仍然连通。烧结后期，传质继续进行，粒径增大，气孔变成孤立的闭气孔，致密化过程逐渐形成。因此，导致烧结材料的孔隙率低，从而影响到材料的吸附性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可再生的基于蒙脱石的多孔材料及其制备方法和应用，应用于重金属废水处理，可用于吸附多种重金属。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种基于蒙脱石的多孔材料，由以下按照重量份的原料组成：蒙脱石23-32份、脱乙酰甲壳素15-21份、钠基膨润土13-18份、造孔剂8-15份、氧化石墨烯4-10份、氢氧化钠2-9份。

作为优选的方案：由以下按照重量份的原料组成：蒙脱石28-32份、脱乙酰甲壳素19-21份、钠基膨润土16-18份、造孔剂12-15份、氧化石墨烯6-7份、氢氧化钠4-6份。

作为进一步优选的方案：由以下按照重量份的原料组成：蒙脱石28份、脱乙酰甲壳素19份、钠基膨润土16份、造孔剂12份、氧化石墨烯6份、氢氧化钠5份。

优选的方案，所述造孔剂为淀粉、碳粉、碳酸氢铵、PMMA微球、PS微球中的至少一种。优选的，所述造孔剂为碳粉与碳酸氢铵组成的混合物，所述造孔剂中，按质量比计，碳粉与碳酸氢铵＝1:1。

本发明一种基于蒙脱石的多孔材料的制备方法，步骤如下：