公布日：2022.03.04
申請日：2021.11.30
分類號：B01J20/26(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2006.01)I;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種玄武巖纖維改性吸附填料及其制備方法，屬于吸附材料制備技術(shù)領(lǐng)域，包括以下重量份原料：苯胺2‑3份、凹凸棒粘土10‑15份、功能化玄武巖纖維0.5‑0.8份、過硫酸銨溶液10份、濃鹽酸5份和去離子水100份；將濃鹽酸加入去離子水中攪拌后加入凹凸棒粘土和功能化玄武巖纖維，超聲處理后加入苯胺單體，攪拌加入過硫酸銨溶液，反應(yīng)結(jié)束，得到玄武巖纖維改性吸附填料，其中，功能化玄武巖纖維由以下步驟制成：將改性纖維、3‑氯‑2‑羥丙基三甲基氯化銨和異丙醇混合，回流反應(yīng)6‑8h，再減壓蒸餾洗滌干燥，得到功能化玄武巖纖維；本發(fā)明制備的吸附填料能夠有效去除污水中的重金屬粒子、有機污染物。
權(quán)利要求書
1.一種玄武巖纖維改性吸附填料，其特征在于，包括以下重量份原料：苯胺2-3份、凹凸棒粘土10-15份、功能化玄武巖纖維0.5-0.8份、過硫酸銨溶液10份、濃鹽酸5份和去離子水100份；其中，功能化玄武巖纖維由以下步驟制成：向三口燒瓶中依次加入改性纖維、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨和異丙醇，邊攪拌邊升溫至回流反應(yīng)6-8h，反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾去除異丙醇，得到功能化玄武巖纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玄武巖纖維改性吸附填料，其特征在于，改性纖維由以下步驟制成：將沉積玄武巖纖維和乙醇溶液混合，磁力攪拌下升溫至60℃，攪拌狀態(tài)下滴加大分子偶聯(lián)劑的乙醇溶液，整個反應(yīng)過程使用氬氣氣氛保護，1h內(nèi)滴加結(jié)束，回流反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束，抽濾，濾餅洗滌，干燥，得到改性纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種玄武巖纖維改性吸附填料，其特征在于，大分子偶聯(lián)劑的乙醇溶液由大分子偶聯(lián)劑和無水乙醇按照1.3-1.5g：10mL混合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種玄武巖纖維改性吸附填料，其特征在于，大分子偶聯(lián)劑由以下步驟制成：在三口燒瓶中依次加入三羥甲基丙烷-三(3-巰基丙酸酯)和四氯化碳，氮氣保護下，溫度-2-0℃攪拌反應(yīng)，滴加KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳的混合液a，在-2-0℃下攪拌反應(yīng)12h，減壓蒸餾，得到大分子偶聯(lián)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種玄武巖纖維改性吸附填料，其特征在于，混合液a由KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳按照0.05mol：0.05mol：150mL混合而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玄武巖纖維改性吸附填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將濃鹽酸加入去離子水中攪拌均勻，加入凹凸棒粘土和功能化玄武巖纖維，頻率40-50kHz下超聲處理30min得到懸浮液，然后向懸浮液中加入苯胺單體，攪拌均勻后，加入過硫酸銨溶液，室溫下攪拌反應(yīng)4-6h，反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，濾餅用去離子水洗滌3-5次，最后置于80℃下干燥至恒重，得到玄武巖纖維改性吸附填料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種玄武巖纖維改性吸附填料及其制備方法，以解決背景中所提出的技術(shù)問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種玄武巖纖維改性吸附填料，包括以下重量份原料：苯胺2-3份、凹凸棒粘土10-15份、功能化玄武巖纖維0.5-0.8份、過硫酸銨溶液10份、濃鹽酸5份和去離子水100份；
該玄武巖纖維改性吸附填料由以下步驟制成：
將濃鹽酸加入去離子水中攪拌均勻后，加入凹凸棒粘土和功能化玄武巖纖維，頻率40-50kHz下超聲處理30min得到懸浮液，然后向懸浮液中加入苯胺單體，攪拌均勻后，加入過硫酸銨溶液，室溫下攪拌反應(yīng)4-6h，反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，濾餅用去離子水洗滌3-5次，最后置于80℃下干燥至恒重，得到玄武巖纖維改性吸附填料。
進(jìn)一步地，過硫酸銨溶液由過硫酸銨與去離子水按照1.8-2.2g：10mL混合而成，濃鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％。
進(jìn)一步地，凹凸棒粘土由以下步驟制得：將市售凹凸棒土在110-120℃下干燥2h，轉(zhuǎn)移至馬弗爐中750℃下煅燒3h，研磨過80目篩，得到凹凸棒粘土。
進(jìn)一步地，功能化玄武巖纖維由以下步驟制成：
步驟A1、在裝有攪拌器、冷凝管的三口燒瓶中依次加入三羥甲基丙烷-三(3-巰基丙酸酯)和四氯化碳，在氮氣保護下，溫度-2-0℃攪拌反應(yīng)，經(jīng)恒壓滴液漏斗緩慢滴加KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳的混合液a，在-2-0℃下攪拌反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾去除四氯化碳，得到大分子偶聯(lián)劑；
其中，三羥甲基丙烷-三(3-巰基丙酸酯)、四氯化碳、混合液a的用量比為0.05mol：200-250mL：150mL，混合液a由KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯和四氯化碳按照0.05mol：0.05mol：150mL混合而成，利用三羥甲基丙烷-三(3-巰基丙酸酯)的-SH與KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯中的端不飽和C＝C雙鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得到大分子偶聯(lián)劑，大分子偶聯(lián)劑含有端叔胺基、二硫代氨基甲酸酯基和硅氧鍵；
步驟A2、將沉積玄武巖纖維和質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％的乙醇溶液混合，磁力攪拌下升溫至60℃，在攪拌狀態(tài)下通過恒壓滴液漏斗滴加大分子偶聯(lián)劑的乙醇溶液，整個反應(yīng)過程使用氬氣氣氛保護，1h內(nèi)滴加結(jié)束，回流反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束，抽濾，濾餅用蒸餾水洗滌3-5次后，置于真空干燥箱中50℃下真空干燥10h，得到改性纖維；
其中，沉積玄武巖纖維、乙醇溶液和大分子偶聯(lián)劑的乙醇溶液的用量比為5.5-6.1g：80-90mL：10mL，大分子偶聯(lián)劑的乙醇溶液由大分子偶聯(lián)劑和無水乙醇按照1.3-1.5g：10mL混合而成，利用大分子偶聯(lián)劑的硅氧鍵水解得到硅醇鍵，硅醇鍵再與沉積玄武巖纖維表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，得到改性纖維；
步驟A3、向三口燒瓶中依次加入改性纖維、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨和異丙醇，邊攪拌邊升溫至回流反應(yīng)6-8h，反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾去除異丙醇，得到功能化玄武巖纖維；
其中，改性纖維、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨和異丙醇的用量比為5g：1.2-1.3g：50-70mL，利用改性纖維的端叔胺基與3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨發(fā)生季銨化反應(yīng)，得到功能化玄武巖纖維。
進(jìn)一步地，沉積玄武巖纖維由以下步驟制成：
步驟B1、將玄武巖纖維剪切至長度20-30mm，然后置于濃度為1mol/L的硝酸溶液中浸潤8-10h，然后取出，用去離子水洗滌至洗滌液呈中性，再置于80℃下干燥至恒重，得到酸化纖維；
其中，玄武巖纖維和硝酸溶液用量比為5.8-6.1g：60-70mL；
步驟B2、將正硅酸乙酯、乙醇和水按照摩爾比2：3：2混合，溫度70℃，攪拌條件下加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)28％的氨水調(diào)節(jié)pH值為8，攪拌反應(yīng)1-2h后得到硅溶膠，向硅溶膠中加入酸化纖維浸漬30-60min，取出后置于450℃的馬弗爐中焙燒2h，得到沉積玄武巖纖維；
其中，硅溶膠和酸化纖維的用量比為80mL：5.8-6.1g。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明首先將現(xiàn)有的玄武巖纖維剪切，然后用硝酸溶液處理，使其表面富含含氧基團，然后以正硅酸乙酯為硅源，氨水為催化劑，在玄武巖纖維表面沉積二氧化硅粒子，增加玄武巖纖維表面粗糙度，得到沉積玄武巖纖維，然后利用三羥甲基丙烷-三(3-巰基丙酸酯)的-SH與KH-570、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯中的端不飽和C＝C雙鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得到大分子偶聯(lián)劑，利用大分子偶聯(lián)劑改性沉積玄武巖纖維得到改性纖維；再使改性纖維與3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨發(fā)生反應(yīng)得到功能化玄武巖纖維，功能化玄武巖纖維表面富含多種功能基團，包括二硫代氨基甲酸酯基、季銨鹽結(jié)構(gòu)、醇羥基和硫醇鍵，這些基團一方面能夠與廢水中的重金屬離子、有機污染物通過靜電吸附和配位作用進(jìn)行結(jié)合，另一方面功能化玄武巖纖維具有較大的比表面積和物理吸附性能，能夠發(fā)揮凈化作用，并且聚苯胺分子中含有大量的胺基和亞胺基，它們對重金屬離子具有良好的配合作用，而且這些胺基及亞胺基還具有還原性，可以與一些氧化電位較高的重金屬離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)吸附，同時聚苯胺類吸附劑對Pb2+、Hg2+等重金屬離子具有離子交換功能，由于聚苯胺具有很好的耐溶劑性能，可以廣泛適用于各種復(fù)雜的吸附環(huán)境。
（發(fā)明人：張慶堂;張昭龍;李戰(zhàn)勝;張春燕）
