[发明专利]一种凹凸棒复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种凹凸棒复合材料的制备方法，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，加入二异氰酸酯和催化剂，加热回流反应，冷却后离心，并用溶剂分散、离心和干燥后得到异氰酸酯基化凹凸棒；以富含氨基的化合物与缩水甘油反应，进行羟基化改性，从而得到羟基化产物；随后将异氰酸酯基化凹凸棒分散于溶剂中，加入羟基化产物和催化剂，加热回流反应，待反应结束后分散、离心并干燥得到。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凹凸棒复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

硼广泛的分布在土壤、岩层和水体当中，主要以硅钙硼石、硼镁石、硼砂、硼钠钙石、方硼石和硼酸等形式存在。硼对生命体正常生理特征和人类的工业、生活等方面具有重要影响。例如含硼材料因其具有优异的阻燃性、耐热耐磨性和硬度高、强度好、杀菌等特点被广泛的应用于陶瓷、医药、皮革、玻璃、纺织品、农业等行业；同时，硼又是动植物不可缺少的一种微量营养元素，生命体内一定范围的硼含量对维持正常的生殖、发育等有重要影响。随着人类生活、工业等活动的需要，大量高品位、易开采的固体硼矿资源被过度开发，致使对硼的开发难度增大。而随着工业经济的快速发展，对硼及其产品的需求在快速增长，因此从蕴藏巨大硼资源的盐湖卤水中提硼具有非常重要的现实意义。另外，人类对硼产品的大量消费导致海水、灌溉用水、饮用水中的硼含量升高，严重影响到生命体正常的新陈代谢，已引起世界多个国家和地区的重视。因此，如何从水体环境中脱硼的研究已成为科研工作者研究的热点。

随着新材料的出现和工业技术的不断发展，开发了许多除硼工艺和方法，因吸附法具有操作简便、投资少、去硼效果好等优点，对硼的去除具有广阔的应用前景。目前的吸附材料有无机吸附剂(主要集中在一些金属氧化物或金属氢氧化物，包括MgO/Mg(OH)₂、Al₂O₃/Al(OH)₃、Fe₂O₃/Fe(OH)₃以及水铝钙石、水滑石等)、有机吸附剂(大都是以具有多羟基功能单体修饰的树脂材料)、无机-有机复合材料(通常是以活性炭、介孔二氧化硅等具有多孔结构的无机材料为基质，并通过修饰、接枝的方式将具有硼螯合功能的活性单体负载在无机材料表面后得到的一类复合材料)，以及一些天然材料。

虽然，研究者对吸附材料的合成、改性及新材料开发等方面取得了许多成果，但是现有材料对硼的吸附量相对较低，因此将消耗大量的吸附剂材料。Kameda等在500℃下煅烧CO₃·Mg-Al LDH得到Mg/Al为2的镁铝氧化物，其最大硼吸附量为7.4mmol/g。Chen等通过共沉淀的方法成功的制备了具有较大的比表面积(107m²/g)和优良磁性的四氧化三铁磁性纳米颗粒，最佳条件下的吸附容量为4.57mmol/g。Babiker等以废旧轮胎橡胶为原料，剪切成碎块后清洗干净，然后通过多级粉碎得到纳米级的橡胶颗粒，然后用H₂SO₄和HNO₃的混合液浸泡纳米颗粒，之后洗涤中和后用于硼吸附研究，其吸附容量可达到16.7mg/g。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，吸附平衡后吸附量为13.44mg/g。Sun等通过水热法以西瓜皮为原料制备了碳气凝胶，用环氧氯丙烷作交联剂将葡甲胺接枝到碳气凝胶表面得到一种经济环保的新型硼吸附剂，该材料具有错列交联的立体多孔结构，且表面有大量的羟基基团，因此可实现硼的快速扩散和螯合，研究表明在25℃、pH为9.5的条件下吸附15h，其硼吸附量可达1.42mmol/L。