一種磁性黏土礦物/聚苯胺復合吸附材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磁性黏土礦物/聚苯胺復合吸附材料的制備方法，屬于功能復合材料領域。
【背景技術】
[0002]常見無機黏土礦物主要包括高嶺石族礦物、蒙皂石、蛭石、云母、伊利石、海綠石、綠泥石和膨脹綠泥石以及有關的混層結構礦物，此外還包括具過渡性的層鏈狀結構的凹凸棒石和海泡石以及非晶質的水鋁英石。除水鋁英石外，均屬層狀或層鏈狀結構硅酸鹽。由于其儲量豐富、特有的孔道結構、晶體表面生長缺陷的發育和納米級尺寸效應，經充分分散處理后具有大比表面積和強吸附性，廣泛應用于水處理、土壤修復等領域。但是在實際應用中，其吸附容量和吸附速率等有待進一步改善。
[0003]有機/無機雜化是改善無機黏土礦物類吸附材料吸附性能的有效手段。其中，聚苯胺由于環境穩定性良好，化學性質穩定，合成工藝簡單成熟、原料便宜以及大量的胺基、亞胺基和P電子共軛結構，可與水中的重金屬離子、有機污染物發生絡合或氧化還原反應，進而去除水中的污染物質。因此，黏土礦物基聚苯胺復合材料近年來成為研宄的熱點。但是其吸附飽和后與欲凈化的水體分離困難，從而限制了此類材料的實際應用。
[0004]近年來，磁性納米材料是功能材料領域研宄的熱點之一，它具有納米材料大的比表面積，高的表面活性，強的磁性。在黏土礦物/聚苯胺復合材料的基礎上，引入磁性粒子(如Fe3O4),不僅可以縮短吸附后分離的時間，還可以獲得更大的比表面積，有助于進一步提高吸附容量。
[0005]常見磁性黏土礦物/聚苯胺復合材料的制備主要通過兩步法實現，即先通過共沉淀法負載磁性納米粒子，然后采用化學氧化聚合引入聚苯胺。其制備過程繁瑣，生成磁性粒子時需要氮氣保護，產物形貌和孔結構不易控制，影響了復合材料對重金屬離子和染料分子的吸附性能。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對現有技術中存在的問題，提供一種易回收、性能穩定的可高效去除水中重金屬和水溶性陰陽染料的磁性吸附材料及其制備方法。
[0007]一、磁性黏土礦物/聚苯胺復合吸附材料的制備
本發明磁性黏土礦物/聚苯胺復合吸附材料的制備，是以黏土礦物為無機體，苯胺為有機體，Fe(III)鹽同時作為氧化劑和磁源，通過聯合化學氧化聚合和共沉淀技術，通過一鍋法制得。其具體制備工藝是:將分離提純的無機黏土礦物均勻分散于水制成質量濃度為1~5%的無機黏土礦物懸浮液JPAFe (III)鹽攪拌溶解后，再加入苯胺單體，室溫反應6~12h，體系顏色由黃色逐漸轉變為墨綠色；然后將反應體系升溫至70°C，滴加氨水后繼續反應
0.5-2 h，再將體系升溫至85°C以驅趕多余的氨氣，最后經磁分離、水洗，干燥，即得磁性黏土礦物/聚苯胺復合吸附材料產物。
[0008]無機黏土礦物為海泡石、凹凸棒石、滑石、葉臘石、伊利石、云母、蛭石、蒙脫石、高嶺石、綠泥石、埃洛石中的一種。
[0009]Fe(III)鹽可選用 FeCl3、Fe2 (SO4) 3、Fe (NO3) 3 中的一種，Fe(III)鹽的加入量為黏土礦物質量的1~6倍。
[0010]苯胺單體與Fe(III)鹽的摩爾比為1: 2~3:1。
[0011]氨水的質量百分數為25~28 %，氨水的加入量為0.05~0.12 mL/mL (反應體系)。
[0012]如復合吸附材料用于吸附水溶性陰離子染料，需用0.5mol/L的質子酸(鹽酸、硫酸、磷酸或硝酸)進行浸泡后再通過磁分離技術分離、用蒸餾水洗滌至中性，干燥后使用。
[0013]二、磁性黏土礦物/聚苯胺復合材料的結構表征
下面以磁性凹凸棒石/聚苯胺復合材料為例，對本發明制備的磁性黏土礦物/聚苯胺復合材料的結構進行表征。
[0014]1、紅外譜圖
圖1為凹凸棒石和磁性功能凹凸棒石/聚苯胺復合材料的紅外光譜。圖中，3300~3700cm_\900-1100 cnT1以及467 cm <處出現了典型的凹凸棒石特征吸收譜帶，1630(^1附近的吸收帶歸屬于水的彎曲振動。引入聚苯胺和磁性Fe 304后，在1570 cnT1、1483 cm'1309 cm'1135 cnT1 和 820 cnf1 處分別出現了 C=C (醌式)、C=C (苯環)、C_N、N=Q=N的伸縮振動吸收峰和苯環1，4-二取代C-H面內、外彎曲振動的特征吸收譜帶。此夕卜，在578 cnT1處出現了 Fe-O的特征吸收峰。這些信息證實，本發明成功制備了磁性功能凹凸棒石/聚苯胺復合材料。
[0015]2、透射電鏡
圖2為凹凸棒石(左)和磁性功能凹凸棒石/聚苯胺復合材料(右)的透射電鏡照片。如圖2所示，原凹凸棒石的表面光滑，棒晶分散良好。通過化學氧化聚合和共沉淀技術一鍋法引入聚苯胺和磁性Fe3O4后，其四氧化三鐵納米粒子均勻附著在凹凸棒石棒晶表面。
[0016]三、磁性功能黏土礦物/聚苯胺復合材料的吸附性能
下面以磁性凹凸棒石/聚苯胺復合材料為例，對本發明制備的磁性黏土礦物/聚苯胺復合材料的吸附性能進行說明。
[0017]1、磁滯回線
圖3為凹凸棒石和磁性功能凹凸棒石/聚苯胺復合材料的磁滯回線。由圖3可見，凹凸棒石的飽和磁化強度為零。對于磁性功能凹凸棒石/聚苯胺復合材料而言，當外加磁場開始增加時，其所有樣品的磁化強度迅速提高；當外加磁場增加到一定程度后，其樣品的磁化強度增長速率逐漸放慢直至飽和磁化強度。當外加磁場強度下降時，其樣品的磁化強度也隨之下降，當外磁場為零時，其樣品的磁化強度低至為零，沒有剩磁現象，同時觀察不到矯頑力，表現了很好的超順磁性，其飽和磁化強度為39.79 emu g—1。
[0018]2、對剛果紅的吸附性能
由于聚苯胺含有大量的胺基和亞胺基，制得的磁性功能凹凸棒石/聚苯胺復合材料可以作為吸附劑用于廢水中染料分子的去除。由于復合材料與剛果紅之間的靜電作用、氫鍵和J1-Ji堆積作用，磁性功能凹凸棒石/聚苯胺復合材料對剛果紅(200 mg/L)的吸附率可以達到96%。
[0019]3、對、Cd2+、Pb2+等重金屬離子的吸附性能通過常規的模擬吸附試驗測得，本發明制備的磁性凹凸棒石/聚苯胺復合材料對水中Cu2+ (100 mg/L)的吸附率可以達到95%，對Cd2+ (100 mg/L)的吸附率可以達到92%，對Pb2+(100 mg/L)的吸附率可以達到96%。
[0020]綜上所述，本發明相對現有技術具有以下優點:
1、本發明以黏土礦物為無機體，苯胺為有機體，Fe(III)鹽同時作為氧化劑和磁源，通過聯合化學氧化聚合和