專利名稱：黏土基復合吸附劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種黏土基復合吸附劑及其制備方法，具體地講，本發明涉及一 種湖泊水處理的吸附劑及其制備方法。
背景技術：
近些年來，由于許多自然和人為因素的影響，排入湖庫的氮、磷等營養物質 不斷增加，致使水體富營養化狀況加劇，進而導致各地水體藻華的暴發越來越頻 繁，規模也越來越大。嚴重的水華會覆蓋水面，阻止水體中的光合作用及其與大 氣的交換，使水中的溶解氧濃度迅速降低，造成水生動植物的死亡以及生態和周 邊環境的破壞。這些影響又進一步對周邊城市的投資業、水產業和旅游業等產生 嚴重破壞。
為了清除藻華，眾多的國內外專家已經投入了多年的努力，研究了多種控制 藻華暴發的方法，如化學法、機械法、生物法、生態法和絮凝法等等。早在1997 年，就有專家在國際權威科學期刊《自然》上撰文指出，使用黏土除藻可能是治 理藻華的最有發展前途的方法。但面對與人們日常生活息息相關的淡水資源，許 多將黏土除藻技術應用于淡水湖泊中清除藻華的嘗試，都沒有成功。其主要原因 是黏土技術本身不能防止藻類的再次泛起和底泥的二次污染。泛起問題不解決， 就只能治標不能治本了。為此，國內有專家通過改性黏土的快速除藻除濁作用， 發展了既能快速消除水華又能長期治理湖泊富營養化的一系列改性黏土技術。黏 土的投入量降到了 10毫克/升，而除藻效率達到95%以上。但要從本質上解決問 題，需要從源頭上減少湖泊水中的氮磷。
在眾多的水處理吸附劑開發中，黏土礦物金屬吸附劑普遍受到關注。黏土礦 物主要包括蒙脫石族、伊利石族、蛭石族、高嶺石族、凹凸棒石族等礦物。由于 其比表面積大、孔隙率高、極性強等特性而對水中有害污染物質具有較強的吸附 能力，是去除水中有害元素較為理想的低成本吸附劑之一。但黏土對水中有害污 染物質的吸附容量仍然有限。因此，近年來，有機一無機復合材料受到了極大的 關注。研究發現黏土與高分子材料復合后，具有黏土所不具備的特殊性能，綜合性能有很大改善。所以，將黏土與丙烯酰胺等進行聚合開發多元高分子水 處理吸附劑成為目前的重要發展方向。黏土對氮、磷、染料和金屬離子等具有 一定的吸附性能，將聚丙烯酰胺等和黏土結合起來，可集成兩者的優點， 滿足湖泊水處理技術的新要求。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，而提供一種對氮、磷、染料和金屬 離子等具有高吸附容量和反復使用吸附劑及其制備方法。
一種黏土基復合吸附劑，其特征在于以質量百分含量計，吸附劑原料由丙
烯酸20-45%、丙烯酰胺15-35%、表面活性劑0.10-2.0%、過硫酸胺0.50-3.0%、 WiV-2亞甲基雙丙烯酰胺1.0-5.0%以及余量的天然黏土或改性黏土組成。
吸附劑中，表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉和十二垸基苯磺酸鈉的一種或二 種組合。
吸附劑中，天然黏土選自膨潤土、高嶺土、蛭石和凹凸棒黏土中的一種或幾 種組合。
吸附劑中，改性黏土指的是通過十六烷基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基氯 化銨改性的膨潤土、高嶺土、蛭石和凹凸棒黏土中的一種或幾種組合。 黏土基復合吸附劑的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟
A、 混料攪拌條件下，將丙烯酸20-45wt%、丙烯酰胺15-35wt%、表面活 性劑0.10-2.0wt%、過硫酸胺0.50-3.0wt%、 WW-2亞甲基雙丙烯酰胺1.0-5.0wt% 以及余量的天然黏土或改性黏土在水中混合均勻；
B、 聚合反應將混合溶液升溫至60-90'C反應3-5小時，產物經洗滌和干燥 后粉碎；
C、 活化反應將粉碎產物用活化劑溶液在80-150。C下進行活化，過濾洗滌 后干燥，得到粒狀產物。
在本發明的制備過程中，活化劑選自明礬、三氯化鋁、三氯化鐵中的一種或 二種組合。
本發明得到的黏土基復合吸附劑是一種白色或淺黃色固體粉末。將黏土改性 后可達到納米級分散，再采用溶液聚合法制備有機無機復合黏土基納米復合材 料'在明顯提高材料對氮、磷和有機物吸附容量的同時，顯著提高了對金屬離子的吸附容量。同時通過交聯劑的控制，可實現有機/無機復合吸附劑的多次反復 應用。
本發明通過實現黏土的納米級分散，解決了黏土在吸附劑合成中的均勻性問 題；通過交聯劑解決了重復使用與吸附量之間的平衡問題。該黏土納米復合材料， 其吸附量是黏土本身和活性炭等單一吸附劑無法比擬的。新型吸附劑有好的性價 比，在滿足水處理技術對新材料的需求的同時，還可拉動黏土的高值化應用。
復合吸附劑以天然黏土或改性黏土為主要原料，以親水性高分子聚合物為骨 架材料，通過接枝共聚、活化和干燥等工序制得。該制備過程簡單，所得顆粒強 度高、比表面積大、選擇吸附性好，可廣泛應用于含氮、磷和重金屬離子及有機 污染物的湖泊水的處理。
具體實施例方式
本發明通過以下實施例加以說明
實施例1:將5.32g膨潤土和36ml蒸餾水混合加入裝有攪拌裝置的反應瓶中， 然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、0.12g十二垸基硫酸鈉、0.18gW-2亞甲基雙丙烯酰胺和0.40g過硫酸胺，升溫至7(TC，保持3h。反應結束后產物 經水洗滌和干燥后粉碎。將粉碎產物用1。/。的明砜溶液在9(TC下活化lh，過濾洗 滌后干燥，得到粒狀產物。
實施例2:將5.98g用十六烷基三甲基氯化銨改性的膨潤土和36ml蒸餾水混 合加入裝有攪拌裝置的反應瓶中，然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、 0.08g十二烷基苯磺酸鈉、0.18gTVJV-2亞甲基雙丙烯酰胺和0.40g過硫酸胺，升 溫至8(TC，保持3h。反應結束后產物經水洗滌和干燥后粉碎。將粉碎產物用1% 的三氯化鋁溶液在8(TC下活化lh，過濾洗滌后干燥，得到粒狀產物。
實施例3:將4.55g凹凸棒黏土和36ml蒸餾水混合加入裝有攪拌裝置的反應 瓶中，然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、O.lOg十二垸基硫酸鈉、0.30g AUV- 2亞甲基雙丙烯酰胺和0.40g過硫酸胺，升溫至90。C，保持3h。反應結束 后產物經水洗滌和干燥后粉碎。將粉碎產物用1%的明礬溶液在IO(TC下活化lh， 過濾洗滌后干燥，得到粒狀產物。
實施例4:將3.42g高嶺土和36ml蒸餾水混合加入裝有攪拌裝置的反應瓶中， 然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、0.15g十二烷基苯磺酸鈉、0.32g W,2亞甲基雙丙烯酰胺和0.50g過硫酸胺，升溫至7(TC，保持4h。反應結束后產物 經水洗滌和干燥后粉碎。將粉碎產物用1。/Q的三氯化鐵溶液在90'C下活化lh，過 濾洗滌后干燥，得到粒狀產物。
實施例5:將3.78g蛭石和36ml蒸餾水混合加入裝有攪拌裝置的反應瓶中， 然后依次加入4.32g丙烯酸、3.55g丙烯酰胺、0.09g十二烷基硫酸鈉、0.38g7V，iV-2亞甲基雙丙烯酰胺和0.42g過硫酸胺，升溫至8(TC，保持5h。反應結束后產物 經水洗滌和干燥后粉碎。將粉碎產物用0.5%的三氯化鐵和0.5%的三氯化鋁混合 溶液在8CTC下活化lh，過濾洗滌后干燥，得到粒狀產物。
實施例6:將2.48g用十八烷基三甲基氯化銨改性的膨潤土和2.36g蛭石與 36ml蒸餾水混合加入裝有攪拌裝置的反應瓶中，然后依次加入4.32g丙烯酸、 3.55g丙烯酰胺、O,llg十二烷基硫酸鈉、0.32gWiV-2亞甲基雙丙烯酰胺和0.48g 過硫酸胺，升溫至80'C，保持3h。反應結束后產物經水洗滌和干燥后粉碎。將 粉碎產物用1。/。的三氯化鋁混合溶液在9(TC下活化lh，過濾洗滌后干燥，得到粒 狀產物。
權利要求
1、一種黏土基復合吸附劑，其特征在于以質量百分含量計，吸附劑原料由丙烯酸20-45％、丙烯酰胺15-35％、表面活性劑0.10-2.0％、過硫酸胺0.50-3.0％、N，N-2亞甲基雙丙烯酰胺1.0-5.0％以及余量的天然黏土或改性黏土組成。
2、 按照權利要求1所述的吸附劑，其特征在于表面活性劑選自十二垸基硫 酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉的一種或二種組合。
3、 按照權利要求1所述的吸附劑，其特征在于天然黏土選自膨潤土、高嶺 土、蛭石和凹凸棒黏土中的一種或幾種組合。
4、 按照權利要求1所述的吸附劑，其特征在于改性黏土指的是通過十六垸 基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基氯化銨改性的膨潤土、高嶺土、蛭石和凹凸棒 黏土中的一種或幾種組合。
5、 按照權利要求1所述的吸附劑的制備方法，其特征在于該方法包括以下 步驟A、 混料攪拌條件下，將丙烯酸20-45wt%、丙烯酰胺15-35wt%、表面活 性劑0.10-2.0wt0/0、過硫酸胺0.50-3.0wt%、 W-2亞甲基雙丙烯酰胺1.0-5.0wt% 以及余量的天然黏土或改性黏土在水中混合均勻；B、 聚合反應將混合溶液升溫至60-90'C反應3-5小時，產物經洗滌和干燥 后粉碎；C、 活化反應將粉碎產物用活化劑溶液在80-15(TC下進行活化，過濾洗滌 后干燥，得到粒狀產物。
6、 按照權利要求5所述的方法，其特征在于活化劑選自明磯、三氯化鋁、 三氯化鐵中的一種或二種組合。
全文摘要
本發明公開了一種黏土基復合吸附劑及其制備方法。吸附劑原料由丙烯酸、丙烯酰胺、表面活性劑、過硫酸胺、N，N-2亞甲基雙丙烯酰胺以及余量的天然黏土或改性黏土組成。本發明制備過程簡單，所得顆粒強度高、比表面積大、選擇吸附性好，可廣泛應用于含氮、磷和重金屬離子及有機污染物的湖泊水的處理。
文檔編號B01J20/10GK101455955SQ20071030596
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月13日 優先權日2007年12月13日
發明者張俊平, 王愛勤, 鄭易安 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所