[发明专利]一种钾基累托石水处理材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过累托石制备低成本高性能水处理材料的方法，属水处理材料技术领域。

背景技术

随着国民经济和社会发展，工业化程度不断深入，水体污染事件频发，水处理已经成为环境保护工作中刻不容缓的重点内容之一。水处理是采用一系列设备和材料将被污染的工业废水或河水进行净化处理，通过水进行沉降、过滤、混凝、絮凝，以及缓蚀、阻垢等处理后以达到国家规定的水质标准。由于与社会生产和生活密切相关，因此，水处理领域涉及的应用范围十分广泛，构成了一个庞大的产业应用。常说的水处理包括：污水处理和饮用水处理两种。经常用到的水处理药剂有：聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、碱式氯化铝，聚丙烯酰胺，活性炭及各种滤料等。

目前，冶炼、电镀、纺织和印染等行业生产过程排放的废水含有大量的重金属离子，如镉、镍等，会通过食物链富集并进入人体，对人民群众的身体健康产生负面影响。比如，镉是一种毒性很大的重金属，具有稳定、积累和不易消除的特点，可对人体产生慢性中毒，主要积累在肝、肾和骨骼之中，使肾脏等器官发生病变。再如，镍离子及其化合物的浓度过高，将对人体产生许多不良影响，如致敏性、致癌性、生物毒性和胚胎毒性、免疫毒性等。对含重金属离子的废水进行处理的常用方法有化学沉淀法、离子交换法、电解法、凝聚法和氧化还原法等。这些方法通常耗资巨大而且可能造成二次污染，因此需要开发一种吸附性能强、价廉易得的水处理材料。

累托石是一种具有特殊结构、较为罕见的层状硅酸盐粘土矿物，由类云母单元层和类蒙脱石单元层在特殊自然条件下有规则地交替堆积，但又不是二者的简单组合，尤其是其条带状的微观结构颇为罕见。累托石矿物具有以下独特的物理特性：①高温稳定性，累托石的耐火度高达1650℃，并能在500℃状态下保持结构稳定；②高分散性和高塑性，累托石遇水极易分散，成膜平整，加入少量碱处理后，分散效果更佳，并能长期保持悬浮，累托石塑性指数可高达50，易粘结成形，烘干或烧结不产生裂纹；③吸附性和阳离子交换性，累托石结构中蒙脱石层间的水化阳离子，可以被大量其它无机、有机阳离子交换，如钠、铝、硅及季胺盐等单一或复合离子，能吸附各种无机离子、有机分子和气体分子，并且这种吸附和交换是可逆的；④层间孔径和电荷密度可调控，累托石层间孔径在使用不同处理剂进行离子交换后，可形成5-115nm之间的大孔径层柱状二维通道结构，在大范围的酸碱、水热、温度条件下保持稳定性，其层间电荷密度可根据需要调整，以获得适当的活性；⑤阻隔紫外线性，累托石天然具备良好的紫外线阻隔能力，对短波长光线或射线的吸收阻隔效果显著；⑥结构层分离性，累托石是为数不多的易分离成纳米级微片的天然矿物材料之一，经适当处理，累托石间层结构可分离成类云母和类蒙脱石的纳米微粒，产生纳米材料的新特性，有望在纳米材料领域凸现特性。到目前为止，世界上己知的较为确实的累托石产地约40余处，主要分布在亚洲、欧洲和北美洲。大部分产地的累托石与其他粘土矿伴生，品位较低，只有少数产地，累托石在粘土中含量较为集中，形成矿化或矿点；能形成工业矿床的很少，国外仅有日本柄木县的矿山、匈牙利托考伊山脉基拉伊海杰什矿山，以及美国犹他州中北部的矿床。我国己在多处发现累托石矿物和累托石粘土岩，其中湖北钟祥二叠系岩石中发现的累托石具有较大规模。