一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，該材料由下述重量百分比的原料制備而成：苯胺單體插層有機化膨潤土10—20％，蒸餾水60—80％，氫氧化鈉9—15％，引發劑0.02％—0.06％，乳化劑0.3％—0.5％。本發明專利技術還提供了一種制造聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料的方法，通過特定的配方設計和工藝參數選擇，制備合成出一種成本低廉、有良好的兼容性、環境友好、易于固液分離和納米尺寸效應的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，該吸附材料具有較大的比表面積、較小的納米尺度和具有協同吸附污水中金屬離子與有機物雙污染成分的功能特性。

Polyaniline modified bentonite nano microsphere adsorption material and preparation method thereof

The invention discloses a polyaniline modified bentonite nanoparticles adsorption material, the material by the weight percentage of raw materials prepared by aniline monomer intercalation of organic bentonite is 10 - 20%, 60 - 80% sodium hydroxide and distilled water, 9 - 15%, 0.02% - 0.06% initiator, emulsifier 0.3% - 0.5%. The invention also provides a method of manufacturing a polyaniline modified bentonite nanoparticles adsorption material, through the design of formula and the specific process parameters selection, preparation of synthesis of a kind of low cost, good compatibility, environmental friendly, easy solid-liquid separation and nano size effect of polyaniline modified bentonite nanoparticles adsorption the material, the adsorption material has larger surface area and smaller functional properties of nanometer scale and synergistic adsorption of metal ions and organic waste water double pollution composition.

【技術實現步驟摘要】
一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料及其制備方法
本專利技術涉及一種新型膨潤土吸附材料及其制備工藝，特別是一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料及其制備方法。
技術介紹
吸附是脫除污染水體中可溶性重金屬離子和有機物的通用方法，該法是通過吸附材料來實現。當前，常用的無機吸附材料主要有活性炭和粘土礦?；钚蕴坎牧弦蚱渚哂辛己玫目讘B分布和巨大的比表面積，已被廣泛應用于特種污水或含有難于用一般方法處理的有毒有機物的污水處理中，但改吸附材料在使用中存在兩種局限性：一是成本過高，即升高了水處理污染的成本；二是其對水體中重金屬離子的除效率較低。這兩個缺點限制了活性炭材料的在污水處理領域的應用與推廣。粘土類礦物貯量大、低廉環保并兼具優良的吸附性能而備受關注，已成為近年來研究與應用的優選材料之一，特別是該類材料的具有較多的改性功能，可根據不同的吸附處理對象進行針對性改性，使其具有更加優良的吸附性能。主要的粘土礦物有膨潤土、高嶺石、沸石和硅藻土等。其中研究最廣、最為大家青睞且有望市場化應的當屬膨潤土礦物材料。如中國專利ZL200410018109所述的一種有機-無機符合膨潤土廢水處理材料的制備方法。在膨潤土層間與表面形成羥基金屬，有效的吸附了磷酸根與有機物，并提高了固液分離能力。如美國專利US6093241所述的一種從廢水中除油的顆粒狀有機粘土混合物，配方涉及海泡石、綠坡石、四元化合物及水泥膠黏劑等，該吸附材料具有高溫穩定性的特質。膨潤土礦物材料經提純與改性后是一種具有高活性和高吸附性能的優質吸附材料，其在污水處理工業中具有廣泛的應用價值和應用前景。但是，該材料在改性研究和應用推廣中主要存在如下問題：1)固-液分離困難。由相關研究可知，膨潤土的顆粒粒徑越小，比表面積和表面張力越大，其水處理吸附效率越高；但是顆粒粒徑越小，顆粒在液體中的沉降速率越慢，其顆粒的相對溶脹性越大(10％左右)，兩者均加大了沉降、濃縮和脫水等工藝的成本。現在解決該問題的辦法主要有兩種，一是向固-液體系中加入絮凝劑；二是提高過濾壓力，前者引入了二次污染物，后者提高了投資成本。2)深加工研究不足。當前，大多研究者集中于表面改性劑對膨潤土處理不同污水時的吸附效果及行業等方面的研究，所用的膨潤土原料均為傳統的粉狀顆粒，沒有結合原料深加工與膨潤土改性兩者相關性的研究。3)引入二次污染。由于膨潤土吸附材料吸水膨脹后，其呈絮凝態，材料強度極低，在攪拌和脫失工藝中將會破裂，裂化的膨潤土粒度下，沉降極其緩慢，在水處理中，不得不采用絮凝劑去除這些顆粒；無論是有機絮凝劑，還是無機絮凝劑均會溶解在水體當中，這樣，造成水處理成本的上升，并引入了二次污染。4)吸附兼容性差。吸附材料處理水體中的污染物大致可分為兩類，即金屬離子和有害有機物。金屬離子和有害有機物各自種類繁多，具相關報道，采用膨潤土改性吸附金屬離子或有害有機物時，有一種改性及改性的膨潤土僅能有效吸附水中的1～2種有害物質，所以，針對受多種有害物質污染的水體，將使用多種被改性后的膨潤土，這樣，造成了水處理工藝的復雜化，提高了成本；這也是膨潤土一直未曾取代活性炭用于水體治理的原因之一。
技術實現思路
針對膨潤土吸附材料在污水吸附研究與應用中存在的科技問題，本專利技術的目的是制備一種新型污水吸附材料，本專利技術通過特定的配方設計和工藝參數選擇，制備合成出一種成本低廉、有良好的兼容性、環境友好、易于固液分離和納米尺寸效應的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，該吸附材料具有較大的比表面積、較小的納米尺度和具有協同吸附污水中金屬離子與有機物雙污染成分的功能特性。本專利技術的目的是通過下述技術方案來實現的。一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，該材料由下述重量百分比的原料制備而成：苯胺單體插層有機化膨潤土10—20％；蒸餾水60—80％；引發劑0.02％—0.06％；氫氧化鈉9—15％；乳化劑0.3％—0.5％。進一步的，所述材料中：所述引發劑為三氯化鐵。所述乳化劑為Span60。進一步的，所述苯胺單體插層有機化膨潤土由下述重量百分比的原料制備而成：膨潤土10—20％；苯胺3％—8％；蒸餾水60—75％；氫氧化鈉9—15％；表面活性劑0.01％—0.06％。進一步的，所述材料中：所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。相應地，本專利技術還給出了一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料的制備方法，包括下述兩個步驟：第一步、膨潤土的有機化及苯胺單體插層制備：選取重量百分比為10—20％的膨潤土，60—75％的蒸餾水，9—15％的氫氧化鈉，0.01—0.06％的表面活性劑，于容器中混合；在40—50℃水浴中熱攪拌1—2h，使膨潤土有機化制得有機化膨潤土，然后繼續滴加3—8％的苯胺，于容器中混合；在60—70℃水浴中熱攪拌2—4h，制備得苯胺單體插層有機化膨潤土。第二步、聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料的制備；選取重量百分比為10—20％的步驟一制取的苯胺單體插層有機化膨潤土，60—80％的蒸餾水，0.02—0.06％的引發劑，0.3—0.5％的乳化劑，9—15％的氫氧化鈉，于容器中混合；在70—80℃水浴中熱攪拌2—4h，然后離心洗滌、真空抽提后，制備得聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料。本專利技術相對于現有的膨潤土復合材料的制備工藝、配方設計和應用推廣等具有下述有益效果：1)、協同兼容吸附聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料充分利用了膨潤土的親水性能和聚苯胺的親油性能，使其同時吸收水中的有機物和金屬離子，達到協同兼容吸附的效果。2)、納米化設計采用“乳液聚合發”制備的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，微球中位直徑≤80nm；球內包覆直徑≤10nm的多顆膨潤土納米顆粒。3)、吸附劑快速分離由于膨潤土的吸水膨脹性，使其在污水處理后將其從母液中分離出來非常困難，該固-液分離科技難題是一直以來阻礙膨潤土及其改性材料推廣使用的主要因素。本專利技術采用苯胺包覆膨潤土制備核殼結構設計的材料制備手段，使膨潤土在吸附過程中，受到外殼聚苯胺的限制，不發生漂移，不會封堵無數顆聚苯胺修飾膨潤土納米微球之間的液體流經通道，從而提高了過濾效率。4)、較大的吸附比表面積通過工藝設計，使得聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料具有巨大的比表面積，比表面積來源于兩方面，一是聚苯胺包覆層微多孔結構，其平均孔徑≤2nm；二是聚苯胺包覆層內部存在大量的平均粒徑≤10nm的膨潤土納米顆粒；這使得聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料具有巨大的比表面積。附圖說明圖1是本專利技術膨潤土有機化及苯胺單體插層工藝流程圖；圖2是本專利技術聚苯胺修飾膨潤土納米微球的制備流程圖；圖3是本專利技術聚苯胺修飾膨潤土納米微球的掃描投射顯微鏡(TEM)圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本專利技術的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料及其制備方法做出詳細說明。第一步、本專利技術膨潤土有機化及苯胺單體插層制備。1)原料選取膨潤土(工業品)，表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(分析純)，氫氧化鈉(分析純)，苯胺(分析純)，蒸餾水(分析純)。2)制備工藝選取一定量的膨潤土，加入蒸餾水，攪拌的懸浮液，在懸浮液中添加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，于容器中混合；在一定溫度的水浴中熱攪拌一段時間，使膨潤土進行充分的有機化。然后，繼續滴加一定濃度的苯胺溶液，于容器中混合，繼續在水浴本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，其特征在于，該材料由下述重量百分比的原料制備而成：

【技術特征摘要】
1.一種聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，其特征在于，該材料由下述重量百分比的原料制備而成：2.根據權利要求1所述的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，其特征在于，所述引發劑為三氯化鐵。3.根據權利要求1所述的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，其特征在于，所述乳化劑為Span60。4.根據權利要求1所述的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，其特征在于，所述苯胺單體插層有機化膨潤土由下述重量百分比的原料制備而成：5.根據權利要求4所述的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，其特征在于，所述膨潤土的主要成分為蒙脫石。6.根據權利要求4所述的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料，其特征在于，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。7.一種基于權利要求1所述的聚苯胺修飾膨潤土納米微球吸附材料的制備方法，其特征在于，該方法包括下述兩個步驟：第一步、膨潤土的有機化及苯胺單體插層制備：選取重量百分比為10—20％的膨潤土，60—75％的蒸餾水，9—15％的氫氧化鈉，0.01％—％0.0...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭龍貴，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61