[发明专利]一种葡甲胺修饰凹凸棒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种葡甲胺修饰凹凸棒的制备方法，包括以下步骤：制备酸化凹凸棒；将凹凸棒或酸化凹凸棒分散于溶剂中，加入环氧硅烷，加热回流反应，冷却后离心得到沉淀，将沉淀分散于溶剂中，离心得到沉淀，干燥后得到环氧硅烷化凹凸棒；将环氧硅烷化凹凸棒分散于水中，通氮气，加入葡甲胺，加热反应，升温继续反应，将反应产物分散于去离子水中，离心得到沉淀，干燥后得到葡甲胺修饰凹凸棒。本发明制备的凹凸棒复合材料作为硼吸附剂，用于饮用水、灌溉水、地热水、盐湖卤水、工业废水中硼的去除或提取，具有优异的吸附效果，在pH为1‑14、温度0‑80℃的条件下，其对HBO₂的吸附量可达到120mg/g以上。

技术领域

本发明属于硼吸附剂技术领域，更具体的说是涉及一种葡甲胺修饰凹凸棒及其制备方法和应用。

背景技术

硼的原子序数为5，处在元素周期表的第三主族，最早是由Humphry Davy、Lussac和Thenard发现，在水环境当中其主要以三价态的硼酸根的形式存在。然而到目前为止，随着对硼类产品的不断消耗，海水、河流中富集了大量的硼，如海水中的硼含量大约在4.5-5mg/L，地表水中硼的浓度大约在0.3-100mg/L，而水是生命体赖以生存的主要物质，这对正常的新陈代谢带来了一定的威胁。因此，为了人类的健康和生态系统的平衡，所使用水体中的硼含量必须降低到一定浓度之下。

邻位或间位羟基可以与硼酸或硼酸根螯合形成稳定的五元或六元环状酯化物(如图所示)，研究表明制备具有多羟基功能基团的材料对硼酸根具有优异的螯合性能。目前的研究成果主要是以葡甲胺、甘露醇、邻苯二酚和缩水甘油为功能单体修饰骨架材料而制备的功能材料，尤其是以葡甲胺作为功能单体的目标产物具有相对突出的硼吸附性能。Tural等用点击化学的方法将葡甲胺接枝到磁性纳米颗粒表面得到了一种新型高效的纳米吸附剂，吸附量可达到13.44mg/g。Wu等用葡甲胺接枝环氧氯丙烷修饰的壳聚糖，该材料对硼的最大吸附量可达20.36mg/g。尽管葡甲胺修饰的功能材料具有良好的硼吸附性能，但是硼硒鼓容量相对较小，实际应用限制较大，主要是由于受骨架材料的性质所致，比如因比表面积或者接枝容量而使得葡甲胺的接枝率相对较低，从而影响材料的吸附性能。

凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，帮晶体中含有不定量的Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力。并具有一定的可塑性及粘结力，具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。无论是在吸附过程中，还是在污水处理中，凹凸棒石粘土都可以再生，它耗能少，对环境保护非常有利。本发明研究发现，基于凹凸棒/酸化凹凸棒较大的比表面积和纳米尺寸的棒状形态，可以与带有环氧基团的硅烷偶联剂先进行硅烷化改性，可赋予凹凸棒表面大量的环氧基团，而环氧基团可以与葡甲胺NH的活性H发生开环反应，从而将葡甲胺接枝于凹凸棒表面，得到葡甲胺修饰的凹凸棒。

具体如何利用凹凸棒研发一种具有优异的吸附效果的葡甲胺修饰凹凸棒及其制备方法和应用是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种葡甲胺修饰凹凸棒及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种葡甲胺修饰凹凸棒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将凹凸棒分散于盐酸溶液中，加热回流，离心得到沉淀，用去离子水洗涤，干燥后得到酸化凹凸棒；

(2)将凹凸棒或酸化凹凸棒分散于溶剂中，加入环氧硅烷，加热回流反应，冷却后离心得到沉淀，将沉淀分散于溶剂中，离心得到沉淀，干燥后得到环氧硅烷化凹凸棒；