一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法及应用与流程

本发明涉及黏土矿物领域，具体涉及一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法和应用。

背景技术：

1、焚烧作为一种城市垃圾处理的主流技术，能更好地达到减量化、资源化和无害化的治理目标。然而，垃圾在焚烧过程中会产生一些二次污染物，如氯化氢、重金属、二噁英等，其中二噁英被认为是最具毒性的一类化合物。二噁英类化合物是多氯代二苯并二噁英(pcdds)和多氯代二苯并呋喃(pcdfs)的总称，根据氯原子取代数目及取代位置的不同，共有200余种同系异构体。二噁英的毒性与氯原子取代的8个位置有关，人们最为关注的是毒性最强的2,3,7,8-四氯代二苯并对二噁英(2,3,7,8-tcdd)，它的毒性相当于氰化钾的1000倍以上，对人体有致癌性、致突变性和致畸性的特性。《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)中，将300t/d以上规模生活垃圾焚烧厂的二噁英类排放限值提高到0.1ngteq/m3。在此背景下，如何控制二噁英排放成为焚烧技术应用的焦点。

2、黏土矿物是一种能够用于去二噁英污染物的材料，它通常为天然黏土矿物或人工合成的黏土矿物。传统的黏土矿物对于二噁英的去除效果不足，现有技术在黏土矿物的基础上，添加了一些改性物质增加黏土矿物的表面活性、比表面积和吸附能力得到复合黏土矿物，从而提高其对二噁英的吸附效果。但是现有技术中制备的复合黏土矿物吸附剂，存在对二噁英的吸附效率低、可重复使用率低、以及部分制备工艺较为复杂的缺陷，因此需要对其进行改进。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种复合黏土矿物改性制备二噁英吸附剂的方法和应用。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将黏土矿物粉碎后过筛，得到黏土矿物粉末，然后将该粉末置于高温炉内烧结，处理完毕后，得到烧结后的黏土矿物粉末；

5、(2)将烧结后的黏土矿物粉末和三氯化铈混合至去离子水内，室温下超声分散均匀后，形成黏土矿物混合液，然后向其中逐滴地加入柠檬酸溶液，搅拌反应后，干燥，得到铈化后的黏土矿物；

6、(3)称取铈化后的黏土矿物、叠氮化钠和碱金属单质混合均匀，转移至石墨炉内，通入氮气做保护气，升温处理之后，经过洗涤和干燥，得到氮化铈&黏土矿物复合物；

7、(4)将氮化铈&黏土矿物复合物分散至磷酸盐缓冲溶液内，氮气的保护下，逐滴加入氯氧化铪溶液，在原位光沉积法的条件下反应，反应结束之后，过滤并洗涤干燥后，得到复合改性黏土矿物。

8、优选地，步骤(1)中，黏土矿物粉碎过100-200目筛。

9、优选地，步骤(1)中，黏土矿物按照重量份数计算，包括：坡缕石10-20份、伊利石10-20份、蒙脱石2-6份、绿泥石5-15份。

10、优选地，步骤(1)中，高温炉内烧结的温度为200-250℃，烧结时间是2-4h。

11、优选地，步骤(2)中，烧结后的黏土矿物粉末、三氯化铈和去离子水的质量比例是1:0.16-0.24:10-20。

12、优选地，步骤(2)中，柠檬酸溶液的质量分数为10％-20％，柠檬酸溶液与黏土矿物混合液的质量比例是0.3-0.5:1。

13、优选地，步骤(2)中，搅拌反应是在室温下搅拌处理1-2h。

14、优选地，步骤(3)中，所述碱金属单质包括锂、钠、钾中的一种，更优选为钠。

15、优选地，步骤(3)中，铈化后的黏土矿物、叠氮化钠和碱金属单质的质量比例是1:0.24-0.36:0.15-0.3。

16、优选地，步骤(3)中，通入氮气至炉内压力为0.5mpa，炉内升温至550-600℃，处理时间是24-48h。

17、优选地，步骤(3)中，洗涤是依次使用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥是真空干燥。

18、优选地，步骤(4)中，磷酸盐缓冲溶液的成分包括：0.24g/l的磷酸二氢钾，1.42g/l的磷酸氢二钠，8.0g/l氯化钠，0.2g/l氯化钾。

19、优选地，步骤(4)中，氯氧化铪溶液的质量分数为4.1％-8.2％。

20、优选地，步骤(4)中，氮化铈&黏土矿物复合物、氯氧化铪溶液和磷酸盐缓冲溶液的质量比例是1:1.8-3.6:100-200。

21、优选地，步骤(4)中，原位光沉积法的条件包括：50w的氙气灯照射、搅拌速度是300-500r/min、反应时间是5-10h。

22、优选地，步骤(4)中，洗涤是依次使用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥是真空干燥。

23、第二方面，本发明提供一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的应用，所述上述方法制备得到的复合改性黏土矿物吸附剂用于吸附垃圾焚烧过程中的二噁英。

24、本发明的有益效果为：

25、1、本发明制备了一种复合改性黏土矿物，是在传统黏土矿物的基础上，先原位氮化法生成氮化铈，然后又原位光沉积法生成磷酸铪，最终得到磷酸铪/氮化铈&黏土矿物复合物。相比较于传统的黏土矿物，本发明制备的复合改性黏土矿物不仅对于二噁英有较强的吸附去除效率，而且还有更好的重复使用率。

26、2、本发明所选用的黏土矿物基料包括多种矿物原料混合，在处理的过程中先高温烧结处理，目的是去除黏土矿物所吸附的杂质，然后与铈盐溶液混合，使黏土矿物吸附大量的铈离子，滴加络合剂柠檬酸，形成柠檬酸铈从而吸附于黏土矿物，形成铈化后的黏土矿物；然后以叠氮化钠(nan3)作为氮源，以碱金属单质作为助熔剂，在一定压力和温度的条件下，在黏土矿物上原位氮化生成氮化铈，即氮化铈&黏土矿物复合物。

27、3、在原位光沉积法制备的过程中，以磷酸盐缓冲溶液作为磷酸源，以氯氧化铪作为铪源，在原位光的辐照下进行反应，在氮化铈&黏土矿物复合物的表面原位沉积磷酸铪，从而得到磷酸铪/氮化铈&黏土矿物复合物。

技术特征：

1.一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，黏土矿物粉碎过100-200目筛；黏土矿物按照重量份数计算，包括：坡缕石10-20份、伊利石10-20份、蒙脱石2-6份、绿泥石5-15份。

3.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烧结后的黏土矿物粉末、三氯化铈和去离子水的质量比例是1:0.16-0.24:10-20。

4.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，柠檬酸溶液的质量分数为10％-20％，柠檬酸溶液与黏土矿物混合液的质量比例是0.3-0.5:1。

5.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碱金属单质包括锂、钠、钾中的一种；铈化后的黏土矿物、叠氮化钠和碱金属单质的质量比例是1:0.24-0.36:0.15-0.3。

6.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，通入氮气至炉内压力为0.5mpa，炉内升温至550-600℃，处理时间是24-48h。

7.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，磷酸盐缓冲溶液的成分包括：0.24g/l的磷酸二氢钾，1.42g/l的磷酸氢二钠，8.0g/l氯化钠，0.2g/l氯化钾。

8.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，氯氧化铪溶液的质量分数为4.1％-8.2％，氮化铈&黏土矿物复合物、氯氧化铪溶液和磷酸盐缓冲溶液的质量比例是1:1.8-3.6:100-200。

9.根据权利要求1所述的一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，原位光沉积法的条件包括：50w的氙气灯照射、搅拌速度是300-500r/min、反应时间是5-10h。

10.一种权利要求1所述的方法制备得到的复合改性黏土矿物吸附剂的应用，其特征在于，所述复合改性黏土矿物吸附剂用于吸附垃圾焚烧过程中产生的二噁英。

技术总结
本发明涉及一种用于吸附二噁英的复合改性黏土矿物吸附剂的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：(1)将黏土矿物粉碎后过筛，烧结，得到烧结后的黏土矿物粉末；(2)将烧结后的黏土矿物粉末和三氯化铈混合至去离子水内，加入柠檬酸溶液，得到铈化后的黏土矿物；(3)称取铈化后的黏土矿物、叠氮化钠和碱金属单质混合均匀，升温处理之后，得到氮化铈&黏土矿物复合物；(4)将氮化铈&黏土矿物复合物分散至磷酸盐缓冲溶液内，加入氯氧化铪溶液，原位光沉积法反应，得到复合改性黏土矿物。相比较于传统的黏土矿物，本发明制备的复合改性黏土矿物不仅对于二噁英有较强的吸附去除效率，而且还有更好的重复使用率。

技术研发人员：李晓明,牟靖芳
受保护的技术使用者：广州鑫材科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12