[发明专利]一种多孔堇青石及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种多孔堇青石，所述多孔堇青石具有高气孔率、大气孔径和高比表面积等特点，使得其具有良好的吸附油脂效果，能够用于油污处理领域。同时，本发明还公开了所述多孔堇青石的制备方法，所述方法采用水硬性氧化铝粉作为氧化铝源材料，所述水硬性氧化铝粉既可以作为氧化铝的来源，又作为结合剂使用，不需额外添加结合剂，而且通过控制造孔剂的尺寸和使用量、最终制备所得多孔堇青石粉体的中心粒径等，有效控制所得多孔堇青石粉体的显气孔率、显气孔大小和堆积密度，使得制备所得多孔堇青石对油脂具有良好的吸附作用。

技术领域

本发明涉及一种多孔堇青石的制备方法及采用所述制备方法制备得到的堇青石，以及所述堇青石的新用途，尤其是一种具有高气孔率且气孔尺寸可控的多孔堇青石及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济、科技等方面的发展，人类对油脂在种类和数量上的需求都在不断地发展。从工业上的原油、汽油、煤油、柴油，到生活当中使用的食用油、润滑油，无时无刻不在对我们的生产生活起到关键性作用。但是，油脂在生产、运输、储存、使用当中，不可避免的会产生排放和泄露，使油脂流入到水体当中。我们国家对油脂向水体中排放的标准相当严格，含油废水的最高允许排放浓度为10mg/L。如果大量的油脂进入水中，就会在水面形成油膜，阻止水体和大气的气体交换，对水中生物产生不可挽回的影响。

为了处理水体中的废油，传统上主要有物理的方法和化学的方法。常用的化学法有破乳法和分散剂法。破乳法是化学药剂在水中分解后形成带正电的乳胶团，与带负电的乳化油发生电中和作用，从而达到水油分离的目的。而分散剂法是在水体中投放表面活性剂，使油脂分散成为小颗粒，稀释于整个水体中。化学法的优势是可以快速处理大量泄露的油脂，使其不会进一步造成危害。但是化学法的缺点也很明显，就是大量的化学试剂会对水体产生二次污染，甚至直接杀死海鸟和海洋中的哺乳动物。物理法主要包括吸附法、气浮法、电化学法、超声波分离法等。其中吸附法是利用吸附剂的多孔性和大的比表面积，将水中油污和其他溶解性有机物吸附在表面上从而实现水油分离，分离速度快，成本低廉，基本不会造成二次污染。

目前使用最广泛的吸附剂是采用天然的硅藻土。硅藻土是一种天然的具有多孔结构的硅质岩石，它具有多孔性、密度小、比表面积大、吸附性好等特点，用来作为油脂的吸附剂较为合适。但是，由于硅藻土是一种天然的矿产，所以各个地方所产出的硅藻土的质量并不相同。这就导致存在两个很突出的问题：第一，各地产出的硅藻土，显气孔大小不一，气孔率高低不同，直接影响了硅藻土对油脂的吸附能力；第二，由于是天然矿产，很多地方产出的硅藻土含有大量重金属和含辐射性物质，如果直接投放进水体，会对水体产生二次污染。

对于硅藻土的提纯和改性，我国的科研工作者进行了大量的研究。专利CN105642237B在提纯的基础上用十一碳烯酰胺丙基甜菜碱改性了硅藻土，使其吸附容量达到了221.5mg/g。专利CN105727903A在提纯的基础上用二甲基二丙烯氯化铵改性了硅藻土，使其吸附量达到了242mg/g。但不可否认的是，不论用哪种方法进行提纯和改性，都会使用大量的有机化学试剂，对环境产生影响。并且，为使改性剂附着在硅藻土表面，加温、搅拌、回流反应等过程必不可少，不但过程繁琐，还会消耗大量能源，不利于大规模工业生产。

为了代替硅藻土这种堆积密度略小于水的天然矿物，我们分析了大量的可以人工合成的矿物质后发现，堇青石不但真密度小(2.6g/cm³)，而且合成温度低，方便大量生成。如果显气孔率大于50％，那么这种多孔堇青石的堆积密度就和海水的密度差不多，可以漂浮和震荡在海面上，吸附油脂。进一步，如果这种多孔堇青石的气孔大小还可以控制，那么就可以很完美的实现对油脂的吸附，替代现有的天然硅藻土。