胺基羧酸修饰海泡石重金属吸附剂的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种胺基羧酸修饰海泡石重金属吸附剂的制备方法，属于环保【技术领域】。按照海泡石：去离子水：无水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)的比例制备海泡石悬浊液，并搅拌形成凝胶；在7000?lOOOOrpm搅拌条件下加入质量浓度为10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基）乙二胺三乙酸三钠盐溶液，其与海泡石的比例为4.5?9:2?3(v/w);加入无水乙醇，继续搅拌形成凝胶体系后，用无水乙醇抽滤并收集凝胶滤饼；将滤饼置于烘箱中恒温70?80°C，持续18h后烘干，研磨后即得到胺基羧酸修饰海泡石。本发明工艺简单、成本低、适用范围广、无二次污染。
【专利说明】胺基羧酸修饰海泡石重金属吸附剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及重金属吸附材料的制备技术，特别是一种胺基羧酸修饰海泡石重金属吸附剂的制备方法，属于环保【技术领域】。
【背景技术】
[0002]工业作为我国经济的重要支撑，高速发展的同时带来了日益严重的环境污染问题，尤其是随着频繁的开矿、金属冶炼以及加工，大量含铅、汞、镉、钴、铜等废气、废水和固体废物排放到环境中，造成严重危害。据不完全统计，目前全世界平均每年排放汞约1.5万吨，铜约340万吨，铅约500万吨，锰约1500万吨，镍约100万吨等，排放的废弃物使很多区域的土壤重金属浓度明显高于背景值。重金属污染会不仅会严重影响和改变水体、土壤等的生态功能，还会导致农作物产量和品质的下降，重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害，影响社会经济可持续发展。
[0003]目前，人们利用多种方法，如:化学沉淀法、吸附法、气浮法、氧化还原法等，处理废水中的重金属离子，其中，以化学沉淀法和吸附法应用最为广泛。
[0004]海泡石(S^1lite)化学式为Mg8Si12O3tl(OH)4(OH2)4AH2O,是一种 2:1 型链式层状结构的纤维状富镁硅酸盐矿物，通常呈白、浅灰、浅黄等颜色，不透明也没有光泽，硬度2?3，密度2?2.5g/cm3，具有收缩率低，可塑性好，比表面大，吸附性强以及热稳定等优点。我国是世界上少数几个富产海泡石的国家之一，在湖南、江西、河北均有广泛分布，但开发利用却十分落后，目前仍以出口原料为主。海泡石理论比表面积为900m2/g，接近活性炭，但价格仅为其十几分之一。近年来，通过表面修饰方法来提高材料性能，制备功能先进、性能突出的材料以及复合材料成为研究的热点。因此加强对海泡石的开发利用，特别是通过表面修饰来提高海泡石的吸附性能有极其重要的意义。
[0005]2000年，学者Mercier在甲苯溶液中利用3_巯丙基三甲氧基娃烧(3-mercapto-pro-pyltrimethoxysilane)对海泡石进行表面修饰,修饰后的材料对Pb2+和Cd2+的最大吸附量分别为0.31mmol/g和0.21mmol/g。但由于该反应是在有机溶液甲苯中进行,不可避免会造成一定的污染和危害。因此亟需开发一种快速、低成本、绿色环保的合成工艺对海泡石进行表面修饰以提高其吸附性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、适用范围广、无二次污染的胺基羧酸修饰海泡石作为重金属吸附剂的制备方法。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种纳米织构化方法制备胺基羧酸海泡石，该胺基羧酸海泡石可作为重金属吸附剂，制备方法如下:
[0008](I)取海泡石粉末，分散于去离子水中，加入无水乙醇，形成海泡石悬浊液，其中，海泡石:去离子水:无水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)；
[0009](2)制备质量浓度为10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液，备用；
[0010](3)将海泡石悬浊液在分散机上搅拌形成凝胶后，在7000?1000rpm搅拌条件下加入步骤(2)中制备好的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液，质量浓度为10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液与海泡石的比例为 4.5 ?9:2 ?3 (v/w)；
[0011](4)加入无水乙醇，继续搅拌形成胺基羧酸修饰海泡石凝胶体系，将该凝胶体系转移至布氏漏斗，用无水乙醇抽滤并收集凝胶滤饼；
[0012](5)将上述凝胶滤饼转移至广口瓶，置于烘箱中恒温70?80°C，持续18h后将广口瓶中凝胶取出，烘干，研磨后即得到胺基羧酸修饰海泡石(TMS-EDTA-海泡石)。
[0013]本发明具有如下优点:
[0014](I)适用范围广:本发明制备的吸附材料主要用于含重金属离子的废水处理、水体的修复，以及重金属污染土壤的修复等，对于由铅、镉、铜等多种重金属元素引起的复合污染也有显著的效果。
[0015](2)吸附效果好:本发明制备的重金属吸附分离材料胺基羧酸修饰海泡石，含有大量的活性功能基团，可通过化学吸附等表面络合反应吸附重金属，经试验证明胺基羧酸修饰海泡石对铅(Pb)、镉(Cd)和铜(Cu)均具有较好的吸附效果。
[0016](3)用量少、易推广:本发明的材料在投加量较少的情况下即可取得较好的效果，成本较低，不会产生二次污染，易被社会接受，同时使用方法简单，可以大规模推广应用。
[0017](4)本发明采用快速、低成本的一步法合成工艺，利用水做反应介质，绿色环保；产品的吸附性能得到进一步提升，对Pb2+、Cd2+和Cu2+的最大吸附量分别为0.338,0.357和
0.469mmol/g ;操作简单,产率高,有利于推进规模化生产。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]称取海泡石粉末3g，加入50ml去离子水，40ml无水乙醇，形成海泡石悬浊液；将海泡石悬浊液在分散机上以8000rpm的速度高速搅拌8min形成凝胶，备用(I);将购买的质量浓度为45%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液2ml溶于去离子水中，制备质量浓度为10%的盐溶液备用(II);继续在8000rpm搅拌条件下将质量浓度为10%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液用量9ml (II)倾倒入(I)中，加入Iml无水乙醇,继续8000rpm搅拌25min,形成胺基羧酸修饰海泡石凝胶体系,其中钠盐溶液和海泡石的比例为9:3(v/w);将该反应凝胶体系转移至布氏漏斗，用无水乙醇抽滤并收集凝胶滤饼，将凝胶滤饼转移至广口瓶，置于烘箱中恒温70°C，持续18h后，将广口瓶中凝胶取出，80°C烘干，研磨后即得到胺基羧酸修饰海泡石3.17g。
[0020]实施例2
[0021]称取海泡石粉末2.5g，加入70ml去离子水，55ml无水乙醇，形成海泡石悬浊液；将海泡石悬浊液在分散机上以7000rpm的速度高速搅拌8min形成凝胶，备用(I);将购买的质量浓度为45 %的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液2.5ml溶于去离子水中，制备质量浓度为15%的盐溶液备用(II) ;10000rpm搅拌条件下将质量浓度为15%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液用量7.5ml (II)倾倒入(I)中，加入3ml无水乙醇,继续8000rpm搅拌25min,形成胺基羧酸修饰海泡石凝胶体系,其中钠盐溶液和海泡石的比例为7.5:2.5(v/w);将该反应凝胶体系转移至布氏漏斗，用无水乙醇抽滤并收集凝胶滤饼，将凝胶滤饼转移至广口瓶，置于烘箱中恒温80°C，持续18h后，将广口瓶中凝胶取出，80°C烘干，研磨后即得到胺基羧酸修饰海泡石2.55g。
[0022]实施例3
[0023]称取海泡石4g，加入40ml去离子水，35ml无水乙醇，形成海泡石悬浊液；将海泡石悬浊液在分散机上以9000rpm的速度高速搅拌7min形成凝胶，备用(I);将购买的质量浓度为45%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液4ml溶于去离子水中，制备质量浓度为20%的盐溶液备用(II) ;9000rpm搅拌条件下将质量浓度为20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液用量9ml (II)倾倒入(I)中，加入2ml无水乙醇，继续9000rpm搅拌25min，形成胺基羧酸修饰海泡石凝胶体系，其中钠盐溶液和海泡石的比例为4.5:2(v/w);将该反应凝胶体系转移至布氏漏斗，用无水乙醇抽滤并收集凝胶滤饼，将凝胶滤饼转移至广口瓶，置于烘箱中恒温80°C，持续18h后，将广口瓶中凝胶取出，65°C烘干，研磨后即得到胺基羧酸修饰海泡石4.20g。
[0024]实施例4
[0025]胺基羧酸修饰海泡石吸附水溶液Pb2+、Cd2+和Cu2+的应用。
[0026]配置浓度均为100mg/L的Pb2+、Cd2+和Cu2+溶液作为工作液，各量取25ml置于50ml离心管中，分别称取实施例1制备的胺基羧酸修饰海泡石0.025g加入已经添加Pb2+、Cd2+和Cu2+污染工作液的离心管中，胺基羧酸修饰海泡石与污染工作液的比例为lg/L，25°C恒温震荡6h，3800rpm离心后取上层清液，用原子吸收分光光度计测定溶液中Pb2+、Cd2+和Cu2+浓度，根据工作液中Pb2+和Cd2+浓度前后浓度差计算胺基羧酸修饰海泡石的吸附量。
[0027]结果显示:胺基羧酸修饰海泡石对溶液中铅、镉和铜污染均具有良好的吸附效果，其饱和吸附量为:铅 0.338mmol/g,镉 0.357mmol/g 和铜 0.469mmol/g。
【权利要求】
1.胺基羧酸修饰海泡石重金属吸附剂的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)取海泡石粉末，分散于去离子水中，加入无水乙醇，形成海泡石悬浊液，其中，海泡石:去离子水:无水乙醇=2.5?5:40?70:35?55(w/v/v/)； (2)制备质量浓度为10?20%的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液，备用； (3)将海泡石悬浊液在分散机上搅拌形成凝胶后，在7000?1000rpm搅拌条件下加入步骤(2)中制备好的N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液，N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸三钠盐溶液与海泡石的比例为4.5?9:2?3(v/w)； (4)加入无水乙醇，继续搅拌形成胺基羧酸修饰海泡石凝胶体系，将该凝胶体系转移至布氏漏斗，用无水乙醇抽滤并收集凝胶滤饼； (5)将上述凝胶滤饼转移至广口瓶，置于烘箱中恒温70?80°C，持续18h后将广口瓶中凝胶取出，烘干，研磨后即得到胺基羧酸修饰海泡石。
【文档编号】B01J20/22GK104209094SQ201410504697
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】徐愿坚, 韩君, 周建强 申请人:中国科学院重庆绿色智能技术研究院