[发明专利]一种有机‑无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性蒙脱土吸附材料，尤其涉及一种无机聚合羟基金属阳离子，可溶性糖为改性剂进行有机-无机改性的吸附材料的制备，属于复合材料领域及空气净化处理领域。

背景技术

挥发性芳香族化合物是一种被广泛使用的化工产品，但在生产、使用以及处理过程中，可以通过多种途径进入环境，对大气、水体和土壤造成污染，如苯、甲苯、二甲苯等，这些化合物中，有些毒性大，会引起呼吸道疾病、慢性肺病，甚至具有致癌、致畸等危害。研究表明，甲苯、乙苯和二甲苯能够损害中枢神经系统，而甲苯还具有血液和遗传生殖毒性，并对人体肾或肝脏造成损害。

由于经济发展造成的环境污染问题日益引起社会的重视，基于此，如何有效地去除污染环境的芳香族有机废气逐渐成为研究的重点。目前去除气体中芳香族有机污染物的主要技术有：燃烧法、冷凝法、吸收法、吸附法、催化法、生物降解以及低温等离子体技术等，而吸附法因其具有去除率高、净化彻底、能耗低、易于推广实用等优点，而被广泛使用，而活性炭作为被广泛使用的吸附剂存在价格高、再生性能差等不足。蒙脱土因价格低廉、储量丰富、吸附量大、环境友好等优点，逐渐受到广泛关注和研究。蒙脱土具有二维空间结构、层间阳离子交换作用、比表面积大等特性，且层间结构可控、可以改变表面官能团。通过对蒙脱土进行适当的改性，可显著提高吸附性能，使其在空气净化领域中具有很好的应用前景。

但目前所研究的改性方法较单一，大多是使用一种或多种聚羟基金属阳离子和阳离子表面活性剂改性。无机蒙脱土虽然可以增大蒙脱土层间距离，但金属羟基聚合阳离子具有很强的亲水性，对吸附芳香族有机污染物有强的限制；而常用的有机改性剂，如季铵盐表面活性剂、高分子乳液等，难以被自然分解，同时生产成本相对较高，限制了其广泛应用。所以，制备高效、廉价、无毒、易降解的蒙脱土复合材料势在必行。

活性炭因其大的比表面积以及丰富的官能团，表现出优异的吸附性能，但因其价格较高，而限制其在空气净化领域的应用。可溶性糖在自然界分布最广泛，含碳量高，常作为活性炭前驱物。且分子小，可以吸附到蒙脱土，与蒙脱土均匀混合，经处理后使碳均匀分布在蒙脱土表面，将显著提升蒙脱土吸附性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种有机-无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，以制备出廉价、无毒、易降解且对有机废气具有高吸附性能的复合材料。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的有机-无机改性的碳/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，具体是：首先，将钠基蒙脱土加入到无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂中，室温下300r/min，搅拌12～36h，离心得到固状物用去离子水反复洗涤至无Cl^-时为止，得滤饼；其次，将滤饼在80℃下干燥24h后研磨，将得到的粉末与可溶性糖混合溶于水中，并将该混合溶液进行水热反应；最后，将水热产物冷却后离心洗涤分离，并将离心后的产物在N₂保护下焙烧，得到有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料粉体。

所述无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂由以下方法制成：室温下向0.2～1.6mol/L的碱性溶液中加入0.04～0.1mol的AlCl₃，使得溶液中OH^-与Al³⁺的摩尔比为2：1～3：1；然后搅拌12～36h。

所述无机聚合羟基铝阳离子柱撑剂中蒙脱土的加入量为4～10mmol/g。

所述可溶性糖的加入量为1～3g/g蒙脱土。

所述可溶性糖为葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖中的一种。

所述水热反应的温度为120～240℃、时间为12～36h。

所述N₂保护下的焙烧温度为400～700℃，升温速率为3～10℃/min，焙烧时间为2～8h。

上述方法中，在室温、300r/min下进行搅拌。

本发明制备的有机-无机改性的碳/蒙脱土复合材料用于空气净化领域。

对本发明所述材料进行吸附性能测试时，整个吸附系统由甲苯发生器、气体流量控制系统、吸附床等组成。取1g样品装入吸附装入吸附床层，以空气为载气，分为2路，一路进入甲苯发生器，一路为稀释气，通过调节两路气体流量控制进入吸附剂的甲苯浓度为1000ppm，流量为100ml/min，经吸附剂吸附后气体中含甲苯浓度使用气相色谱在线分析。吸附量通过吸附曲线计算得出，计算公式如下：