[发明专利]一种聚合物网络改性膨润土及其原位聚合制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物网络改性膨润土及其原位聚合制备方法，属于高分子领域。制备方法为将单体和交联剂溶于水中，再加入膨润土，充分混匀后，再加入引发剂，然后进行加热，使引发剂产生自由基，自由基转移到单体上的碳碳双键上，引发碳碳双键发生加成聚合反应，使得碳碳双键转变成单键，在交联剂的作用下，单体聚合得到聚合物网络，且该聚合物网络原位插层在膨润土的片层之间。本发明利用亲水性聚合物对膨润土进行改性，提高其亲水性和阻隔性。本发明制备的聚合物改性膨润土，克服了原始膨润土对酸、碱、盐溶液阻隔性差的缺点。

技术领域

本发明属于高分子领域，具体地，涉及一种聚合物网络改性膨润土及其原位聚合制备方法，尤其涉及一种适用于阻隔强酸、碱和盐溶液的高防渗聚合物改性膨润土的制备方法。

背景技术

膨润土的主要成分为蒙脱石，它是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构。蒙脱石的层状晶体表面带有负电荷，有着一定的亲水性，可以在水中形成双电层。膨润土颗粒间的缝隙是水传递的主要通道，当膨润土吸水膨胀时，黏土颗粒间的缝隙会被阻塞，水传递的路径变得狭窄而曲折，水的渗透系数因此降低。天然膨润土分为钠基与钙基两种类型。钠基膨润土膨胀性强，对水有很强的阻隔性，是土工作业中常用的阻隔材料；钙基膨润土的亲水性远低于钠基膨润土，难以吸水膨胀，被认为不适宜用作阻隔材料。

钠基膨润土也存在严重的使用缺陷，当其与盐、强酸以及强碱溶液接触时，产生的双电层显著变薄，导致膨润土颗粒的吸水溶胀性变差，难以有效封闭颗粒间的缝隙，失去阻隔性。然而，膨润土类阻隔设施往往需要面对各种各样的严苛环境。如在垃圾填埋场的垂直阻隔中，填埋物往往会在发酵作用下产生大量的强酸性或碱性的盐溶液，现有的天然膨润土防水毯难以有效阻隔，往往造成废液渗漏，危及人民的生命健康和经济的可持续发展。因此，抗盐、耐酸、碱的改性膨润土的研究和制备迫在眉睫。

如CN111409318A中，利用十二烷基苯磺酸钠对蒙脱土进行插层，使层状蒙脱土剥离成单片，赋予其更大的比表面积。再利用硝酸银溶液对膨润土进行离子交换，使大半径、低电价的银离子置换到蒙脱石晶体表面。最后，对蒙脱土进行梯度焙烧处理，获得了更大的比表面积。改性后的膨润土具有更强的吸附作用，同时，由于银离子的抗菌作用，产品的抗渗性能可以长期的保持。该方案在严苛的改性条件下，通过三步反应，有效提高了膨润土的抗菌及吸附性能，然而，该方案并未探究改性膨润土对强酸、碱以及盐溶液的阻隔情况。

在有机污染物中，传统膨润土的渗透系数会显著增大。在公开号为CN105199288A的专利中，在水热、搅拌条件下共混阳离子聚丙烯酰胺与膨润土，实现了聚合物对蒙脱石晶体的插层，获得了高分子膨润土纳米复合材料。聚丙烯酰胺有效封堵了膨润土颗粒间的缝隙，提高了膨润土对有机污染物水溶液的阻隔性。除此之外，聚合物上的阳离子基团可与有机质产生电中和，促使胶体颗粒聚集沉淀，为有机污染物的去除创造条件。如从整体社会成本的角度考虑，该方案还包含了聚合物(聚丙烯酰胺)的合成与提纯两个繁琐的步骤，而改性后的膨润土样品同样没有表现出对强酸、碱和盐溶液的阻隔性。

综上所述，仍缺少一种简单的低成本改性方案，用来制备抗盐、耐酸、碱的高防渗改性渗膨润土。

发明内容

针对现有技术膨润土对酸、碱和盐溶液的阻隔性差的技术问题，本发明提供一种简单的原位聚合的改性膨润土的方案，可以一步实现单体的聚合和膨润土的改性，得到抗盐耐酸、碱的改性膨润土材料。

根据本发明的第一方面，提供了一种聚合物网络改性膨润土的原位聚合制备方法，包括以下步骤：

(1)将单体和交联剂溶于水中，再加入膨润土，充分混匀后，再加入引发剂，得到混合体系；所述单体含有碳碳双键和亲水性官能团；所述交联剂为含有两个以上碳碳双键的水溶性分子；

(2)将步骤(1)得到的混合体系进行加热，使引发剂产生自由基，自由基转移到单体上的碳碳双键上，引发碳碳双键发生加成聚合反应，使得碳碳双键转变成单键，在交联剂的作用下，单体聚合得到聚合物网络，且该聚合物网络原位插层在膨润土的片层之间。