一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料、制备方法及应用与流程

专利2022-05-09  108



1.本发明属于膨润土改性领域,尤其是一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料、制备方法及应用。


背景技术:

2.铬离子在自然界能够以多种价态存在,其中,在溶液中以阴离子形式存在的cr(vi)的毒性最大,例如cr2o
72

、hcro4‑
和cro
42

,这些离子均具有致癌、致突变作用,可对人和畜的机体造成严重危害。我国钼矿开发存在乱采滥挖等掠夺式开采,采选比例失调,给生态环境造成了严重破坏。尽管钼作为微量元素对人体而言必不可少,但摄入过量仍可能会导致铜代谢障碍,脱发,腹泻等。近年来我国出现了多起钼污染事件,对钢铁、电子行业排放钼超标废水的治理刻不容缓。
3.近年来,人们对各种去除重金属的方法进行了广泛的研究。目前主要方法包括化学沉淀、离子交换、吸附、膜分离、混凝和电化学方法。由于吸附法以其操作简单、实用、经济及二次污染小等特点而备受人们的关注。
4.由于cr(vi)和mo(vi)在水溶液中以阴离子形式存在,而粘土矿物表面带有负电荷,与阴离子产生排斥,从而降低粘土矿物对阴离子的吸附。聚吡咯具有环境稳定性、合成简便以及无二次污染等特性,逐渐应用于材料的改性过程中。虽然ppy本身存在带正电荷的氮原子,对阴离子有静电吸引作用,但是纯ppy的吸附能力很差,但通过掺杂的ppy展现出优异的吸附性能。掺杂不同离子,可以表现出良好的离子交换能力。但由于聚吡咯在水中容易团聚,掺杂的离子不易于溶液中的阴离子交换,导致其吸附效果不理想。


技术实现要素:

5.本发明的目的在于克服聚吡咯易团聚的缺点,提供一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料、制备方法及应用。
6.为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
7.一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,以膨润土为基体,通过原位聚合法使吡咯单体在膨润土层间及表面进行聚合。
8.进一步的,包括以下步骤:
9.(1)将膨润土粉末和去离子水搅拌均匀后,加入吡咯单体,之后混合均匀,得到混合液;
10.(2)在混合液中加入氯化铁,混合均匀,得到反应液,进行反应12h,之后过滤沉淀,洗涤后得到聚吡咯改性膨润土的吸附材料。
11.进一步的,步骤(1)中,每100ml中水中添加1g膨润土;
12.膨润土和吡咯单体的投料比为1g:1ml。
13.进一步的,步骤(2)中加入的氯化铁与混合液中吡咯单体的摩尔比为2:1。
14.进一步的,步骤(1)中混合方式为:超声混合。
15.进一步的,超声功率为500w,时间为30min。
16.进一步的,步骤(2)中混合方式为:磁力搅拌。
17.一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料,根据本发明所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法得到。
18.进一步的,在ph小于6的环境中,作为吸附剂吸附cr
6

19.进一步的,在ph小于6的环境中,作为吸附剂吸附mo
6

20.与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
21.本发明的制备方法,充分利用膨润土和聚吡咯的理化性质,通过聚吡咯插层膨润土,使得聚吡咯均匀分散到膨润土层间何表面,进而减少聚吡咯的团聚,有利于聚吡咯中掺杂的离子与阴离子进行交换,从而提高对污染物的吸附;采用的原材料膨润土和聚吡咯,廉价高效、绿色无毒。本发明的制备方法步骤简单,易操作,容易大规模生产。
22.本发明的聚吡咯改性膨润土的吸附材料,聚吡咯在膨润土层间进行插层,可以使膨润土层间距增大,提高膨润土对污染物的吸附,同时聚吡咯的负载可以膨润土表面带正电荷,进一步提高对阴离子形式的污染物的吸附。
23.本发明的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的应用,对cr(

)和mo(

)具有良好的去除效果。
附图说明
24.图1为实施例1改性前后的膨润土的sem图;
25.图2为实施例1改性前后的膨润土的xrd图;
26.图3为实施例1改性前后的膨润土的zeta电位图;
27.图4为实施例中1制备的聚吡咯改性膨润土吸附材料在不同反应时间对cr(

)的吸附量曲线图;
28.图5为实施例1制备的聚吡咯改性膨润土吸附材料在不同反应时间对mo(

)的吸附量曲线图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
30.需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
32.实施例1
33.采用原位聚合法制备聚吡咯改性膨润土吸附材料,具体方法如下:
34.在100ml去离子水中加入1g膨润土,进行搅拌,放入超声清洗仪超声30min,然后加入1ml吡咯单体继续超声30min;
35.将5.41g fecl3·
6h2o溶于水中,逐滴加入上述溶液中,进行反应,反应时间为12h,反应接收后将沉淀抽滤,之后将沉淀用无水乙醇、水洗涤数次直至滤液无色,放入真空干燥箱50℃干燥,研磨过筛后得到黑色粉状物。
36.参见图1,图1为实施例1改性前后的膨润土的sem图,图1a是膨润土,可以看出膨润土呈块状团聚状态,表面较为平坦和光滑,几乎看不到较大的孔洞。图1b是聚吡咯改性膨润土吸附材料,可以看出经聚吡咯改性之后,表面不再平滑,同时边缘呈连续的片层状分,制备的聚吡咯改性膨润土吸附材料,具有典型的膨润土片层结构,具有典型有颗粒形态。
37.参见图2,图2为实施例1改性前后的膨润土的xrd图,x射线粉末衍射图显示膨润土的层间距是1.24nm,聚吡咯改性膨润土吸附材料的层间距是1.88nm,层间距增大,表明部分聚吡咯进入膨润土层间。
38.参见图3,图3为实施例1改性前后的膨润土的zeta电位图,图中可以看出,膨润土表面带有负电荷,而在ph小于6时,聚吡咯改性膨润土吸附材料表面带有正电荷,表明聚吡咯成功负载在膨润土上。
39.实施例2
40.对水中重金属cr(

)的去除实验
41.取30ml、50mg/l的cr(vi)溶液放入到离心管中,用硝酸或氢氧化钠调节ph为1,再加入20mg的实施例1制备的聚吡咯改性膨润土吸附材料。在常温下震荡10

1440min,用0.45μm滤头过滤,保留滤液,使用紫外可见分光光度计,通过gb7467

87检测溶液中cr(vi)离子的浓度。
42.参见图4,图4为实施例中1制备的聚吡咯改性膨润土吸附材料在不同反应时间对cr(

)的吸附量曲线图,可以看出随着时间的升高,对cr(vi)的吸附量增大,在120min达到平衡。结果表明,聚吡咯改性膨润土吸附材料对cr(vi)的去除率高达99.95%。
43.实施例3
44.对水中重金属mo(vi)的去除实验
45.取30ml、10mg/l的mo(vi)溶液放入到离心管中,用硝酸或氢氧化钠调节ph为4,再加入20mg的实施例1制备的聚吡咯改性膨润土吸附材料。在常温下震荡10

1440min,用0.25μm滤头过滤,保留滤液,使用icp测定溶液中mo(vi)离子的浓度。
46.参见图5,图5为实施例1制备的聚吡咯改性膨润土吸附材料在不同反应时间对mo(

)的吸附量曲线图,可以看出随着时间的升高,对mo(

)的吸附量增大,在120min达到平衡。结果表明,聚吡咯改性膨润土吸附材料对mo(

)的吸附量为14.94mg/g。
47.以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征:
1.一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,其特征在于,以膨润土为基体,通过原位聚合法使吡咯单体在膨润土层间及表面进行聚合。2.根据权利要求1所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将膨润土粉末和去离子水搅拌均匀后,加入吡咯单体,之后混合均匀,得到混合液;(2)在混合液中加入氯化铁,混合均匀,得到反应液,进行反应12h,之后过滤沉淀,洗涤后得到聚吡咯改性膨润土的吸附材料。3.根据权利要求2所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,每100ml中水中添加1g膨润土;膨润土和吡咯单体的投料比为1g:1ml。4.根据权利要求2所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中加入的氯化铁与混合液中吡咯单体的摩尔比为2:1。5.根据权利要求2所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中混合方式为:超声混合。6.根据权利要求4所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,其特征在于,超声功率为500w,时间为30min。7.根据权利要求2所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中混合方式为:磁力搅拌。8.一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料,其特征在于,根据权利要求1

7任一项所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的制备方法得到。9.一种权利要求8所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的应用,其特征在于,在ph小于6的环境中,作为吸附剂吸附cr
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。10.一种权利要求8所述的聚吡咯改性膨润土的吸附材料的应用,其特征在于,在ph小于6的环境中,作为吸附剂吸附mo
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技术总结
本发明公开了一种聚吡咯改性膨润土的吸附材料、制备方法及应用,属于膨润土改性领域。本发明的制备方法,充分利用膨润土和聚吡咯的理化性质,通过聚吡咯插层膨润土,使得聚吡咯均匀分散到膨润土层间何表面,进而减少聚吡咯的团聚,有利于聚吡咯中掺杂的离子与阴离子进行交换,从而提高对污染物的吸附;采用的原材料膨润土和聚吡咯,廉价高效、绿色无毒。本发明的制备方法步骤简单,易操作,容易大规模生产。本发明的吸附材料,聚吡咯在膨润土层间进行插层,使膨润土层间距增大,提高膨润土对污染物的吸附,同时聚吡咯的负载可以膨润土表面带正电荷,进一步提高对阴离子形式的污染物的吸附。附。附。


技术研发人员:郭军康 王磊 土育玲 赖潘民旺 范小虎
受保护的技术使用者:陕西科技大学
技术研发日:2021.03.26
技术公布日:2021/6/29

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