用于去除低濃度苯系物的多孔復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水處理材料，尤其涉及一種用于去除低濃度苯系物的多孔復合材 料，同時，還涉及該多孔復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 苯及苯系物因其特定的化學性質，對自然環境和人類健康會產生巨大的危害， 2008年已被世界衛生組織確定為強致癌物質。然而在化工行業中，苯及其同系物是重要的 原料，在有機合成、橡膠、油漆和染料、合成纖維、石油加工、制藥、纖維素等生產領域，產生 的廢水、廢氣，都會造成苯系物的大量排放。當苯系物進入水體后，水體的物理、化學性質及 放射性都發生改變，水體內的生物群落組直接受到影響，水面出現大量漂浮液體，并帶有刺 激性氣味，魚類及其它水生生物大面積死亡，水系生態平衡被嚴重破壞并在短時間內難以 恢復。
[0003] 目前，去除水中苯及其同系物的方法主要有光催化降解、膜分離法、生物降解法和 吸附法。光催化降解具有高效、反應快的特點，但由于在其降解有機物的過程中會產生穩定 的中間產物從而抑制其繼續氧化，不能完全被氧化為CO 2，降解不完全；膜分離法雖然能夠 較好的去除水中的苯系污染物，但存在清洗困難、設備與操作費用高等缺點，且膜處理技術 只適用于小型水處理工藝；生物降解法中能降解苯系物的菌種較少，且占地面積大，基建成 本高。相比之下，吸附法在去除苯系污染物時有較大優勢，現在用于處理水污染的吸附劑主 要有碳分子篩，碳納米管，活性炭等，然而這些多孔碳在實際應用中卻因價格高，占運行成 本大，微孔吸附后難脫附，再生復雜等問題在工業化實施過程中受到很多限制。
【發明內容】
[0004] 為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種成本低、使用效果好的用于去 除低濃度苯系物的多孔復合材料。
[0005] 為實現上述目的，本發明的用于去除低濃度苯系物的多孔復合材料，是由凹凸棒 土與吸收苯系物的分子篩構成復合載體，并負載有活性組分鎢和鈦的硝酸鹽；所述凹凸棒 土與吸收苯系物的分子篩的重量比為I: (1~4)，所述復合載體與鎢硝酸鹽、鈦硝酸鹽的重 量比為 1: (0. 5 ~0. 7) : (4 ~12)。
[0006] 用于苯系物吸收的分子篩目前有MCM-41分子篩、SBA-15分子篩、HY分子篩、HMS分 子篩和ZSM-5分子篩，具有多孔結構的分子篩，由于在使用時易發生團聚導致吸附量顯著 下降從而限制了分子篩的使用。本發明采用凹凸棒土作為基體與吸收苯系物的分子篩進行 復配，利用凹凸棒土具有的高吸附性、較強的離子交換和與小尺寸納米顆粒相結合的特性， 與吸收苯系物的分子篩協同作用，使構成的復合載體穩定易分散，且具有獨特的孔道結構、 孔道可調節性及大的比表面積，能夠選擇性吸附苯系物，極大增強了對苯系物的吸附性能， 再以鎢（W)和鈦（Ti)的硝酸鹽水溶液為活性組分負載于復合載體上，使得到的多孔復合材 料提高了表面的氧化性能，能夠對苯系物起到催化降解作用，從而加速了苯系物的降解，實 現對苯系物的去除。本發明的多孔復合材料具有吸附并降解苯系物的雙重作用，可用于去 除水中低濃度的苯系物。凹凸棒土、吸收苯系物的分子篩及活性組分鎢硝酸鹽、鈦硝酸鹽的 重量配比會直接影響負載量，負載量的控制對于復合材料的活性、對苯系物的吸附量和去 除率很重要，活性組分的量過低，達不到負載效果，活性組分的量過高，造成過量的鎢、鈦負 載于復合載體表面，堵塞表面活性位，造成孔道直接吸附有機物的能力下降，因此對各原料 的重量配比進行限定。
[0007] 作為對上述方式的限定，所述吸收苯系物的分子篩為SBA-15分子篩或MCM-41分 子篩。
[0008] SBA-15分子篩、MCM-41分子篩具有高度有序排列的孔道結構，孔徑均勻且尺寸可 調，孔體積大、比表面積大、吸附容量高，具有易于修飾的硅羥基，可以通過硅烷基化反應將 功能化基團牢固地結合在孔道表面，與凹凸棒土構成的復合載體不僅客服了單分子篩易團 聚的問題，而且增加了表面活性位點，從而增加了復合載體對苯系物的選擇性和吸附容量。
[0009] 作為對上述方式的限定，所述凹凸棒土為經無機酸活化后的凹凸棒土，所述無機 酸為鹽酸、硫酸或磷酸中的任一種。
[0010] 凹凸棒土經無機酸活化后，增加了其表面活性位，同時通過空間位阻效應，可降低 分子篩的聚合度，提高其對苯系物的吸附效果。
[0011] 同時，本發明如上所述的用于去除低濃度苯系物的多孔復合材料的制備方法，包 括以下步驟：
[0012] a、取凹凸棒土、吸收苯系物的分子篩，混合均勾，加入到水中或濃度為1~5g/L的 NaCl溶液中，充分攪拌，再經過過濾、干燥、焙燒、壓片成型，得到復合載體；
[0013] b、將步驟a得到的復合載體在鎢和鈦的硝酸鹽水溶液中浸漬，然后干燥、焙燒，得 到用于去除低濃度苯系物的多孔復合材料。
[0014] 制備過程中通過水或NaCl溶液使凹凸棒土與吸收苯系物的分子篩充分交聯，便 于復合載體的制備及物質間協同作用的發揮。
[0015] 作為對上述方式的限定，所述步驟b中浸漬溫度為20~80°C，浸漬時間為5~ 13h〇
[0016] 制備過程中金屬鎢離子、鈦離子的負載浸漬條件對復合材料的活性影響較大，限 定浸漬溫度和浸漬時間，使復合材料的活性最大。
[0017] 作為對上述方式的限定，其特征在于：所述步驟a中攪拌溫度為70~90°C，攪拌 時間為4~6h。
[0018] 步驟a中攪拌溫度和時間的限定是為了使凹凸棒土與分子篩的分散更均勻，分子 篩吸附于凹凸棒土的效果更好，對復合材料整體吸附效果的影響不大。
[0019] 作為對上述方式的限定，所述步驟a中焙燒溫度為200~400°C，焙燒時間為3~ 7h〇
[0020] 作為對上述方式的限定，所述步驟b中焙燒溫度為500~600°C，焙燒時間為4~6h〇
[0021] 綜上所述，采用本發明的技術方案，獲得的多孔復合材料能夠吸附并降解水中的 苯系物，可用于去除水中低濃度的苯系物，對苯系物的吸附量高，去除效果好，無二次污染， 并可循環使用。本發明用于去除低濃度苯系物的多孔復合材料的制備方法，工藝簡單，成本 低廉，適于工業化生產應用。
【具體實施方式】
[0022] 實施例一
[0023] 本實施例涉及一組用于去除低濃度苯系物的多孔復合材料及其使用效果對比。低 濃度苯系物中苯系物含量一般為l〇mg/L~40mg/L，使用效果實驗在管式反應器中進行，常 壓，反應溫度30°C，廢水的質量空速為I. 5h \反應后混合物進入儲槽，取上層清液5ml以 CS2萃取，用氣相色譜儀測定苯系物的濃度。待處理廢水中苯系物含量為29mg/L，各多孔復 合材料的組成及使用效果如下表所示：
[0024]
[0025] 由上表結果可見，多孔復合材料中凹凸棒土和分子篩的重量配比不同，制備出的 復合材料活性、苯系物吸附量和去除率會存在較大差異。多孔復合材料以無機酸活化的凹 凸棒土與SBA-15分子篩作為復合載體效果最佳，當無機酸活化的凹凸棒土與SBA-15分子 篩的重量比為2:3