一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法
【专利摘要】本发明属于功能材料制备【技术领域】，具体涉及一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，该方法具体步骤为：1）将凹凸棒土研磨粉碎、筛分至2mm以下，然后将凹凸棒土与去离子水混合，搅拌、静置、过滤和干燥；2）用水蒸气对凹凸棒土进行活化；3）纳米铁负载于凹凸棒土。本发明的技术优点在于：1）采用水蒸汽对凹凸棒土进行活化处理，该处理过程无酸洗废水排放，提高了生产过程的环保效率；2）适当温度下进行的水蒸气活化处理，可改善凹凸棒土表面性能，进一步拓宽其应用领域；3）采用焙烧法将纳米铁负载于凹凸棒土上，相对于液相还原法，反应步骤少，三废少；4）将纳米铁负载凹凸棒土作为功能改性剂应用到泡沫陶瓷材料中，可提高泡沫陶瓷材料的吸附性能。
【专利说明】—种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法,属于功能材料制备【技术领域】。【背景技术】
[0002]因尺度小，表面效应大、反应活性高等优点，纳米铁可快速有效地降解环境有机污染物或还原固定环境中的重金属污染，是一种非常优良的环境功能材料。
[0003]由于纳米铁的粒径在50?200nm，比表面积大，容易引起颗粒团聚反应，难以保持稳定的悬浮状态，不利于它与环境污染物充分接触反应，易造成使用效率低下的问题，是限制它在实际工程中应用的关键因素之一。
[0004]因此，为了提高纳米铁的反应活性，增强其稳定性，防止颗粒团聚，需要将高活性的纳米铁负载于载体上。由于价格低廉、性质稳定等优点，无机矿物材料已成为纳米铁负载载体的首选材料，近年来已有研究者把纳米铁分别负载于分子筛、氧化铝、氧化硅、蒙脱石、活性炭、凹凸棒土等无机矿物载体上，取得了较好效果。
[0005]在通常情况下，凹凸棒土作为一种粉体材料是很难以分散的独立棒状晶体状态存在，而是形成一定形式的晶体聚集体。因此在实际应用中，必须对凹凸棒土进行提纯与活化处理。
[0006]专利ZL 201210211133.4公开了一种凹凸棒土负载纳米铁材料的制备方法，其以酸化改性后的凹凸棒土为负载材料，在惰性气体保护下，以KBH4、NaBH4, N2H4等为还原剂，将铁盐或亚铁盐还原成零价铁，利用凹凸棒土多孔道特点，使纳米铁颗粒充分分散并固定负载在凹凸棒土材料上。但该方法反应步骤多，采用酸化改性凹凸棒土在工业生产上并不经济，而且还增加酸洗的步骤，产生三废，影响环境和腐蚀设备，同时，该方法采用的还原剂KBH4, NaBH4, N2H4,有毒且在遇水、潮湿、明火等环境下易爆燃。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，该方法成本低、三废少、生产条件温和。
[0008]实现本发明目的的技术方案为:一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其具体步骤如下:
1)将凹凸棒土研磨粉碎、筛分至2mm以下，然后将凹凸棒土与去离子水混合，搅拌、静置、过滤和干燥；
2)凹凸棒土的活化
将步骤I)制得的凹凸棒土从室温升高至250°C后，通过惰性气体队使水蒸气与凹凸棒土接触反应，进一步升高温度至300?350°C，保持I?3小时后，开始降温，并停止加入水蒸气，待温度降至室温后，取出凹凸棒土 ；
3)纳米铁负载凹凸棒土
将步骤2)制得的凹凸棒土与铁盐溶液混合，加入分散剂六偏磷酸钠，搅拌I?2小时后，过滤，真空干燥，然后进行焙烧，焙烧温度300?400°C，焙烧时间I?2小时，然后降至
室温即可。
[0009]优选地，本发明步骤I)中凹凸棒土与去离子水的质量比为1:(10?20)，步骤2)中所述的水蒸气与凹凸棒土的质量比为(20?50):1，步骤3)中所述的分散剂六偏磷酸钠与凹凸棒土的质量比为(0.005?0.05):1，步骤3)中的铁盐溶液的物质的量浓度为I?3mol/L，凹凸棒土与铁盐溶液的质量比为1: (3?5)。
[0010]优选地，步骤3)中所述的铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或几种。
[0011]进一步地地，本发明制得的纳米铁负载的凹凸棒土应用于制备泡沫陶瓷材料中。
[0012]更进一步地，具体应用步骤为:
O纳米铁负载的凹凸棒土溶于水中，搅拌均匀；
2)加入绿层硅铈钛矿粉料，搅拌均匀，得分散混合浆液；
3)将步骤2)制得的分散混合浆液，与发泡陶瓷坯料和发泡剂在球磨机中球磨混合，然后进行高温烧结制得泡沫陶瓷材料。
[0013]优选地，在步骤I)中所述的纳米铁负载的凹凸棒土和水的质量比为1:(15?25)，步骤2)中所述的绿层硅铈钛矿粉料和凹凸棒土的质量比为(3?5):1，步骤3)中，所述的发泡陶瓷坯料与活性凹凸棒土的质量比为20?30:1，所述的发泡剂与发泡陶瓷坯料的质量比为1:(50?100)。
[0014]优选地，所述的焙烧条件为:烧结炉先升温至300°C?400°C，保温I?2小时，继续升温至800?1200°C，保温I?3小时后降温。
[0015]本发明的技术优点在于:1)采用水蒸气对凹凸棒土进行活化处理，避免酸洗废水排放，提高了生产过程的环保效率。2)由于水蒸汽活化处理过程中工序缩短，提高了生产效率，降低了生产成本。3)适当温度下进行的水蒸气活化处理，可改善凹凸棒土表面性能，进一步拓宽其应用领域。4)采用焙烧法将纳米铁负载于凹凸棒土上，相对于液相还原法，反应步骤少，三废少。5)将纳米铁负载凹凸棒土作为功能改性剂应用到泡沫陶瓷材料中，可提高泡沫陶瓷材料的吸附性能。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合实施例对本发明做进一步地描述。
[0017]实施例1
称取100克凹凸棒土研磨粉碎、筛分至2mm以下，量取I千克去离子水，将凹凸棒土和去离子水混合，搅拌均匀，静置，过滤，干燥后得到凹凸棒土的初成品。
[0018]将制得的凹凸棒土从室温升高至250°C后，通过N2使水蒸气与凹凸棒土接触反应；进一步升高温度至300°C，反应I小时，反应结束后，开始降温，并停止加入水蒸气，待温度降至室温后，取出凹凸棒土。
[0019]将制得的凹凸棒土与300克lmol/L的氯化铁溶液混合，加入0.5克六偏磷酸钠，搅拌I小时后，过滤，真空干燥，然后进行焙烧，在惰性气体N2保护条件下，升温至300°C，保温I小时，然后降至室温即可。
[0020]水蒸气是通过微量泵，将水先经过汽化段形成水蒸气再经过反应段，本实施例中共反应2小时，共消耗水量为2千克，可通过微量泵进行定量定速实现。[0021]实施例2
称取100克凹凸棒土研磨粉碎、筛分至2mm以下，量取2千克去离子水，将凹凸棒土和去离子水混合，搅拌均匀，静置，过滤，干燥后得到凹凸棒土的初成品。
[0022]将制得的凹凸棒土从室温升高至250°C后，通过N2使水蒸气与凹凸棒土接触反应；进一步升高温度至350°C，反应3小时，反应结束后，开始降温，并停止加入水蒸气，待温度降至室温后，取出凹凸棒土。
[0023]将制得的凹凸棒土与500克lmol/L的硝酸铁溶液混合，加入5克六偏磷酸钠，搅拌2小时后，过滤，真空干燥，然后进行焙烧，在惰性气体N2保护条件下，升温至400°C，保温2小时，然后降至室温即可。
[0024]本实施例中共反应3小时，共消耗水量为5千克，可通过微量泵进行定量定速实现。
[0025]实施例3
称取100克凹凸棒土研磨粉碎、筛分至2mm以下，量取1.5千克去离子水，将凹凸棒土和去离子水混合，搅拌均匀，静置，过滤，干燥后得到凹凸棒土的初成品。
[0026]将制得的凹凸棒土从室温升高至250°C后，通过N2使水蒸气与凹凸棒土接触反应；进一步升高温度至320°C，反应2小时，反应结束后，开始降温，并停止加入水蒸气，待温度降至室温后，取出凹凸棒土。
[0027]将制得的凹凸棒土与400克lmol/L的硫酸铁溶液混合，加入2克六偏磷酸钠，搅拌I小时后，过滤，真空干燥，然后进行焙烧，在惰性气体N2保护条件下，升温至380°C，保温
1.5小时，然后降至室温即可。
[0028]本实施例中共反应2.5小时，共消耗水量为3千克，可通过微量泵进行定量定速实现。
[0029]实施例4
将实施例1?3所制得的纳米铁负载凹凸棒土应用于制备泡沫陶瓷材料中。
[0030]具体应用方法步骤为:
1)取100克纳米铁负载的凹凸棒土溶于1.5?2.5千克的水中，搅拌均匀；
2)加入300?500克绿层硅铈钛矿粉料，搅拌均匀，得分散混合浆液；
3)将步骤2)制得的分散混合浆液，与2?3千克发泡陶瓷坯料和20?60克发泡剂在球磨机中球磨混合，然后进行高温烧结制得泡沫陶瓷材，料烧结炉先升温至300?400°C，保温I?2小时，继续升温至800?1200°C，保温I?3小时后降温。
【权利要求】
1.一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其特征在于步骤如下: 1)将凹凸棒土研磨粉碎、筛分至2mm以下，然后将凹凸棒土与去离子水混合，搅拌、静置、过滤和干燥； 2)凹凸棒土的活化 将步骤I)制得的凹凸棒土从室温升高至250°C后，通过惰性气体队使水蒸气与凹凸棒土接触反应，进一步升高温度至300~350°C，保持I~3小时后，开始降温，并停止加入水蒸气，待温度降至室温后，取出凹凸棒土 ； 纳米铁负载凹凸棒土 将步骤2)制得的凹凸棒土与铁盐溶液混合，加入分散剂六偏磷酸钠，搅拌I~2小时后，过滤，真空干燥，然后进行焙烧，焙烧温度300~400°C，焙烧时间I~2小时，然后降至室温即可。
2.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其特征在于:步骤I)中凹凸棒土与去离子水的质量比为1:(10~20)，步骤2)中所述的水蒸气与凹凸棒土的质量比为(20~50):1，步骤3)中所述的分散剂六偏磷酸钠与凹凸棒土的质量比为(0.005~0.05):1，步骤3)中的铁盐溶液的物质的量浓度为I~3mol/L，凹凸棒土与铁盐溶液的质量比为1:(3~5)。
3.根据权利要求1所 述的一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其特征在于:步骤3)中所述的铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其特征在于:将纳米铁负载的凹凸棒土应用于制备泡沫陶瓷材料中。
5.根据权利要求4所述的一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其特征在于:具体应用步骤为: 1)纳米铁负载的凹凸棒土溶于水中，搅拌均匀； 2)加入绿层硅铈钛矿粉料，搅拌均匀，得分散混合浆液； 3)将步骤2)制得的分散混合浆液，与发泡陶瓷坯料和发泡剂在球磨机中球磨混合，然后进行高温烧结制得泡沫陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其特征在于:在步骤I)中所述的纳米铁负载的凹凸棒土和水的质量比为1:(15~25)，步骤2)中所述的绿层硅铈钛矿粉料和凹凸棒土的质量比为(3~5):1，步骤3)中，所述的发泡陶瓷坯料与活性凹凸棒土的质量比为20~30:1，所述的发泡剂与发泡陶瓷坯料的质量比为1:(50~100)。
7.根据权利要求5所述的一种凹凸棒土负载纳米铁的制备方法，其特征在于:所述的焙烧条件为:烧结炉先升温至300°C~400°C，保温I~2小时，继续升温至800~1200°C，保温I~3小时后降温。
【文档编号】B01J20/16GK103894162SQ201410097745
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】张宇, 左士祥 申请人:苏州宇希新材料科技有限公司