一种凹凸棒多孔膜的制备方法

一种凹凸棒多孔膜的制备方法
【专利摘要】一种凹凸棒多孔膜的制备方法，其步骤为：（1）以纯化后的凹凸棒为原料，盐酸盐为成孔剂，以凹凸棒和成孔剂的总质量为基准，成孔剂的加入量为总质量的30~60%，将凹凸棒和盐酸盐粉末置于研钵中充分研磨，用压片机，在24~30MPa下保持5~10min，干压成型制备出片状膜；（2）将片状膜置于管式炉中，在惰性气体保护下升温到400~600℃，烧结1~2h，使膜表面发生碳化反应；膜随炉冷却至室温后取出；（3）将冷却到室温的膜浸泡于蒸馏水中，经3-5次水洗直到将盐酸盐除尽；（4）将除尽盐酸盐的膜干燥后即得凹凸棒多孔膜。
【专利说明】 —种凹凸棒多孔膜的制备方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及凹凸棒多孔膜材料的制备技术。

【背景技术】
[0002]目前，处理废水的方法有吸附法、上浮法膜、重力分离法、过滤法等。相对于上述常规分离方法，膜分离技术具有过程不发生相变、分离效率高、能耗低、设备操作简单等优点，在工业污水中更具有优势和应用前景。分离膜是膜分离技术的核心部件，常用的分离膜为有机膜材料和无机膜材料两大类。有机膜材料主要是由高分子材料制成的聚合物有机膜，如各种纤维素酯、脂肪族和芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、硅酸等。这类膜材料对水体中各种金属离子和低浓度的有机物有较好的去除效果。但是由于膜材料亲水性较差导致其抗污性能较低，因此不适合处理高浓度的含油/有机废水。相对而言无机膜具有较好的耐腐蚀性、耐热性以及良好的的机械性能，能够承受较为苛刻的物理条件。目前，对于无机膜材料的研究主要集中于氧化、二氧化钛、高岭土等，虽然在综合性能上有了很大的提高，但是仍然存在一些制约其关键性问题，主要有:(I)传统的无机膜材料应用于废水处理主要是基于无机膜孔的大小选择性截留污染物，但复杂的制膜工艺对孔径和膜结构都有一定的影响，因此很难调控其孔径大小；(2)目前制备无机膜的原料以氧化铝、二氧化钛居多，对新型无机膜材料的探索大多是在这些无机物基础上进行化学改性或复合，而对新型无机膜材料的原料探索不足；(3)制造技术难度较大、生产成本高，售价更高。
[0003]与上述基于无机膜材料孔的大小而截留油/有机污染物的超滤、纳滤等膜分离方法不同的是，近年来发展的超疏水/亲油膜材料可以使水体中油/有机物选择性通过膜孔从而有效地实现油水两相分离。这种膜材料对水体中的浮油、芳香类或烃类等有机污染物表现出优异的选择性分离性能。目前报道的制备超疏水/亲油膜材料主要有两种方法。一是在多孔基底上构建超疏水/亲油表面，如Jiang等人将聚四氟乙烯喷涂于铁网上，显示出优异的油/水分离性能。Lee等人将碳纳米管负载于铁网上构筑超疏水/亲油分离膜，对乳化油/水体系具有很好的选择性分离效果。这种无机膜的超疏水/亲油性能的获得往往需要人为控制基底表面的微观粗糙度或化学组成，且易受基地材料尺寸、形貌的限制。二是利用材料自身的结构特性制备超疏水/亲油无机膜材料。如Strivastava等人利用化学气相沉积法在石英管内制备出具有正列结构的碳纳米管薄膜，能够选择性地使含油污水中的油类通过而截留水。这种膜材料的制备通常需要多步、复杂的工艺条件和昂贵的仪器设备，不适合于工业化生产，在大规模处理含油/有机污染物废水方面存在一定的局限性。
[0004]因此，进一步开发成本较低的无机纳米材料，制备出合成方法简单、综合性能优异且适合大规模生产的新型无机膜材料是目前发展的趋势和重点。凹凸棒石粘土是一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，作为无机膜材料的原料，与氧化铝、二氧化钛相比，具有多方面优势:
(I)来源丰富，价格低廉。(2)优异的可塑性及粘结力。(3)表面化学组成丰富。虽然凹凸棒作为吸附材料目前已在水处理领域有着广泛的应用和研究，但是作为无机膜材料的研究未见报导。因此，通过压滤、烧结、制孔等简单处理后这种三维网络的凹凸棒材料能够形成一种凹凸棒多孔膜，为开发新型的无机膜材料提供了一种新的可能性。


【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种凹凸棒多孔膜的制备方法。
[0006]本发明是一种凹凸棒多孔膜的制备方法，其步骤为:
(O以纯化后的凹凸棒为原料，盐酸盐为成孔剂，以凹凸棒和成孔剂的总质量为基准，成孔剂的加入量为总质量的30飞0%，将凹凸棒和盐酸盐粉末置于研钵中充分研磨，用压片机，在24?30 MPa下保持5?10 min，干压成型制备出片状膜；
(2)将片状膜置于管式炉中，在惰性气体保护下升温到40(T60(TC，烧结f2h，使膜表面发生碳化反应；膜随炉冷却至室温后取出；
(3)将冷却到室温的膜浸泡于蒸馏水中，经3-5次水洗直到将盐酸盐除尽；
(4)将除尽盐酸盐的膜干燥后即得凹凸棒多孔膜。
[0007]本发明的有益效果为:1.凹凸棒通常都以一维结构形式存在，不利于回收，多种性能也得不到良好的展现。而使用本方法制备出凹凸棒多孔膜具有多孔的三维结构，不仅有利于回收，而且具有潜在的应用价值；2.本发明利用自然界存在的原材料，通过简单、经济的方法，制备具有闻附加值的I旲材料。该材料为无机材料，具有闻的比表面积和良好的孔体积。因此，该产品在工业上可作为吸附剂和催化剂的载体，具有广泛的应用价值；3.本发明制备的无机膜材料，不仅具有丰富的中孔孔体积，同时具有微米级的大孔。便于借用浸溃、沉积方法对该材料进行改性，提高其性能，或者作为催化剂或化学反应的载体；4.该产品的合成工艺简单，对设备要求不高，可以实现工业规模生产。

【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1为氯化钠为60%的样品表面扫描电镜照片，图2为氯化钠为60%的样品的断面扫描电镜照片。

【具体实施方式】
[0009]本发明是一种凹凸棒多孔膜的制备方法，其步骤为:
(O以纯化后的凹凸棒为原料，盐酸盐为成孔剂，以凹凸棒和成孔剂的总质量为基准，成孔剂的加入量为总质量的30飞0%，将凹凸棒和盐酸盐粉末置于研钵中充分研磨，用压片机，在24?30 MPa下保持5?10 min，干压成型制备出片状膜；
(2)将片状膜置于管式炉中，在惰性气体保护下升温到40(T60(TC，烧结f2h，使膜表面发生碳化反应；膜随炉冷却至室温后取出；
(3)将冷却到室温的膜浸泡于蒸馏水中，经3-5次水洗直到将盐酸盐除尽；
(4)将除尽盐酸盐的膜干燥后即得凹凸棒多孔膜。
[0010]如图1所示，可以看到样品由大量的棒状凹凸棒材料构成，如图2所示，清晰的显不出I旲内为多孔结构。
[0011]根据以上所述的制备方法，所指的纯化后的凹凸棒为以天然凹凸棒为主，经加入少量分散剂六偏磷酸钠，加水混合，静止2Γ48 h。搅拌，静止3(T60 min，取上层悬浊液，重复:Γ5次。合并悬浊液经离心、干燥、研磨后备用(浮选凹凸棒)。浮选凹凸棒与广3 mol L-1的盐酸溶液以质量比f 3:5混合浸泡2Γ48 h。离心，水洗至中性。提纯的凹凸棒经干燥，粉碎过200目筛，置于干燥密闭的容器中保存备用；
根据以上所述的制备方法，所指的盐酸盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙；
根据以上所述的制备方法，所指的惰性气体为氮气或氩气。
[0012]本发明技术细节由下述实例加以详细描述。
[0013]实施例一:
1.以天然凹凸棒为主，经加入少量分散剂六偏磷酸钠，加水混合，静止24h。搅拌，静止30 min，取上层悬浊液，重复3次。合并悬浊液经离心、干燥、研磨后备用(浮选凹凸棒)。浮选凹凸棒与I mol L—1的盐酸溶液以质量比1:5混合浸泡24 h。离心，水洗至中性。提纯的凹凸棒经干燥，粉碎过200目筛，置于干燥密闭的容器中保存备用；
2.以纯化后的凹凸棒为原料，氯化钠为成孔剂，以凹凸棒和成孔剂的总质量为基准，成孔剂的加入量为总质量的60%，将凹凸棒和氯化钠粉末置于研钵中充分研磨，用压片机，在24 MPa下保持5 min干压成型制备出片状膜；
3.将片状膜置于管式炉中，在惰性气体保护下升温到600°C，烧结I h，使膜表面发生碳化反应；膜随炉冷却至室温后取出；
4.将冷却到室温的膜浸泡于蒸馏水中，多次水洗直到将氯化钠除尽；
5.将除尽氯化钠的膜干燥后即得凹凸棒多孔膜。用物理吸附仪测得样品的比表面积为48.741 m2/g，孔体积为0.224 ml/g，平均孔直径为18.422 nm。凹凸棒多孔膜的形貌如图1和2所示。
[0014]实施例二:
1.以天然凹凸棒为主，经加入少量分散剂六偏磷酸钠，加水混合，静止36ho搅拌，静止40 min，取上层悬浊液，重复4次。合并悬浊液经离心、干燥、研磨后备用(浮选凹凸棒)。浮选凹凸棒与2 mol L—1的盐酸溶液以质量比2:5混合浸泡36 h。离心，水洗至中性。提纯的凹凸棒经干燥，粉碎过200目筛，置于干燥密闭的容器中保存备用；
2.以纯化后的凹凸棒为原料，氯化钾为成孔剂，以凹凸棒和成孔剂的总质量为基准，成孔剂的加入量为总重量的50%，将凹凸棒和氯化钾粉末置于研钵中充分研磨，用压片机，在26 MPa下保持8 min干压成型制备出片状膜；
3.将片状膜置于管式炉中，在惰性气体保护下升温到500°C，烧结1.5 h，使膜表面发生碳化反应。膜随炉冷却至室温后取出；
4.将冷却到室温的膜浸泡于蒸馏水中，多次水洗直到将氯化钾除尽；
5.将除尽氯化钾的膜干燥后即得凹凸棒多孔膜。用物理吸附仪测得样品的比表面积为45.859 m2/g，孔体积为0.236 ml/g，平均孔直径为20.585 nm。
[0015]实施例三:
1.以天然凹凸棒为主，经加入少量分散剂六偏磷酸钠，加水混合，静止48ho搅拌，静止60 min，取上层悬浊液，重复5次。合并悬浊液经离心、干燥、研磨后备用(浮选凹凸棒)。浮选凹凸棒与3 mol L—1的盐酸溶液以质量比3:5混合浸泡48 h。离心，水洗至中性。提纯的凹凸棒经干燥，粉碎过200目筛，置于干燥密闭的容器中保存备用；
2.以纯化后的凹凸棒为原料，氯化钙为成孔剂，以凹凸棒和成孔剂的总质量为基准，成孔剂的将加入量为总质量的40%，将凹凸棒和氯化钙粉末置于研钵中充分研磨，用压片机，在30 MPa下保持10 min干压成型制备出片状膜；
3.将片状膜置于管式炉中，在惰性气体保护下升温到550°C，烧结2 h，使膜表面发生碳化反应。膜随炉冷却至室温后取出；
4.将冷却到室温的膜浸泡于蒸馏水中，多次水洗直到将氯化钙除尽；
5.将除尽氯化钙的膜干燥后即得凹凸棒多孔膜。用物理吸附仪测得样品的比表面积为61.484 m2/g，孔体积为0.233 ml/g,平均孔直径为15.131 nm。
【权利要求】
1.一种凹凸棒多孔膜的制备方法，其步骤为: (1)以纯化后的凹凸棒为原料，盐酸盐为成孔剂，以凹凸棒和成孔剂的总质量为基准，成孔剂的加入量为总质量的30飞0%，将凹凸棒和盐酸盐粉末置于研钵中充分研磨，用压片机，在24?30 MPa下保持5?10 min，干压成型制备出片状膜； (2)将片状膜置于管式炉中，在惰性气体保护下升温到40(T60(TC，烧结f2h，使膜表面发生碳化反应；膜随炉冷却至室温后取出； (3)将冷却到室温的膜浸泡于蒸馏水中，经3-5次水洗直到将盐酸盐除尽； (4)将除尽盐酸盐的膜干燥后即得凹凸棒多孔膜。
2.根据权利要求1所述的凹凸棒多孔膜的制备方法，其特征在于所指的纯化后的凹凸棒为以天然凹凸棒为主，加入分散剂六偏磷酸钠，加水混合，静止2Γ48 h ;然后搅拌，静止3(T60 min，取上层悬浊液，重复3?5次；合并悬浊液经离心、干燥、研磨后备用；浮选凹凸棒与广3 mo I L—1的盐酸溶液以质量比广3:5混合浸泡2Γ48 h:水洗至中性；提纯的凹凸棒经干燥，粉碎过200目筛，置于干燥密闭的容器中保存备用。
3.根据权利要求1所述的凹凸棒多孔膜的制备方法，其特征在于盐酸盐为氯化钠，或者氯化钾，或者氯化隹丐。
4.根据权利要求1所述的凹凸棒多孔膜的制备方法，其特征在于所指的惰性气体为氮气，或者IS气。
【文档编号】B01D71/02GK104275096SQ201410566829
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】梁卫东, 李安, 王睿, 孙寒雪, 朱照琪, 杨保平 申请人:兰州理工大学