一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法
【專利摘要】一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法，它主要是采用提純后的硅藻土、氫氧化鋁、磷酸和N,N-二甲基乙酰胺為主要試劑，加去離子水?dāng)嚢柚频酶男耘蚧蠞{；將改性膨化石墨料漿液和膨化石墨進(jìn)行超聲波浸漬處理30min后烘干，用高溫電爐450℃燒結(jié)，保溫1h后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再浸洗烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，改性膨化石墨用塑料袋密封保存。本發(fā)明具有操作簡單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，硅藻土改性膨化石墨能有效實(shí)現(xiàn)極性和非極性油類污染物的吸附去除，其對含油污水處理和海洋溢油污染處置工作的開展有較好的推進(jìn)作用。
【專利說明】一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種膨化石墨改性的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)和原油海上運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，水體油類污染已成為水環(huán)境污染治 理的核心內(nèi)容之一，油田污水超標(biāo)排放以及油輪和輸油管道泄漏已成為油類污染的主要來 源，世界上每年約有500?1000萬噸油類污染物進(jìn)入環(huán)境水體，給江河、湖泊和海洋等帶來 嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難。因而，積極研發(fā)油類污染治理技術(shù)，防治各類油類污染，保障水環(huán)境安全， 具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益，是利國利民、造福子孫后代的大事。
[0003] 膨化石墨是一種性能優(yōu)良的油類污染物吸附材料，其作為一種新型吸附材料用于 含油廢水治理和海洋溢油事件處置倍受青睞。膨化石墨是一種疏松多孔的碳素材料，其表 面和內(nèi)部有發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)狀孔系結(jié)構(gòu)，具有比表面積大、吸附性能好、比重小、無毒無害和重 復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)。膨化石墨在結(jié)構(gòu)上仍然由石墨微晶組成，所以其保留了鱗片石墨的高化學(xué) 穩(wěn)定性、耐高低溫、耐腐蝕、導(dǎo)電和導(dǎo)熱、以及非極性等特性。膨化石墨具有顯著的疏水親油 性，其孔道主要為大孔形結(jié)構(gòu)，原油和重油等有機(jī)大分子很容易進(jìn)入其孔道中，并能在其網(wǎng) 絡(luò)體系中擴(kuò)散直至充滿內(nèi)部孔道。因此，膨化石墨能對非極性油類污染物有優(yōu)良的吸附去 除性能。但由于膨化石墨的疏水親油特性，其對油類污染物的極性組分吸附去除性能欠佳。
[0004] 為有效提高膨化石墨的吸附處置性能，國內(nèi)外學(xué)者相繼開展了一系列研究工作。 但許多研究報(bào)道都側(cè)重于改進(jìn)鱗片石墨膨化工藝制備膨化石墨，如在硫酸酸化技術(shù)的基礎(chǔ) 上，提出混酸法、二次氧化法和電化學(xué)氧化法等，這些技術(shù)能在一定程度上改善膨化石墨的 微孔結(jié)構(gòu)和膨脹體積，但沒有從本質(zhì)上改善其對極性油類組分吸附性能差的缺陷。也有研 究報(bào)道將二氧化鈦光催化降解和膨化石墨吸附技術(shù)相結(jié)合，用以去除各類有機(jī)污染物，該 技術(shù)能促進(jìn)有機(jī)污染物的礦化降解過程，但該技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，工程應(yīng)用性能 差，并不適合油類污染事故的處置。硅藻土是一種高效廢水處理混凝劑，其是以硅藻殼體為 主的多孔性生物硅質(zhì)巖，其硅藻殼體上有大量多級有序排列的微孔，因而其具有化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定，耐各種強(qiáng)酸，孔容、孔徑、比表面積大，吸附能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。此外，硅藻土含量豐富，價 格低廉。硅藻土主要的化學(xué)成分為非晶質(zhì)Si0 2，其還含有少量的Al203、Fe203、Ca0、Mg0、K 20、 Na20和有機(jī)質(zhì)，并且硅藻土表面載有Si-〇H、Si-〇-Si等基團(tuán)，其吸附極性和非極性有機(jī)物的 性能優(yōu)良。但硅藻土通常為超細(xì)粉末，存在投加和后續(xù)回收處置難的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提高膨化石墨吸附處置極性油類污染組分的性 能，實(shí)現(xiàn)其對水體中各油類污染物的有效去除，本發(fā)明提供一種硅藻土改性膨化石墨的制 備方法，本發(fā)明主要是對商品硅藻土進(jìn)行純化處理，然后采用純化后的硅藻土、氫氧化鋁、 磷酸和N，N-二甲基乙酰胺為試劑，應(yīng)用超聲波輔助溶液浸漬法，使膨化石墨表面載有硅藻 土超細(xì)顆粒，提高了膨化石墨的吸附處置性能，實(shí)現(xiàn)其對水體中極性和非極性油類污染物 的高效去除，繼而可保障各類油類污染事件的有效處置。
[0006] 本發(fā)明的制備方法如下：
[0007] 1)硅藻土的提純處理：
[0008] 首先將商品硅藻土用120目的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩進(jìn)行篩選處理，收集過篩物，稱取過篩 后的硅藻土，用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為30%?40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲 波室溫空化處理30?45min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將硅藻土漿液靜置3?5h，然后棄 去上清液后抽濾，并用去離子水洗滌，之后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇〇°C?110°C 溫度下干燥12h，最后將干燥后的硅藻土研磨成120目的超細(xì)顆粒，得到提純后的硅藻土；
[0009] 2)硅藻土改性膨化石墨所用料漿液的制備：
[0010] a、所用料漿液的組成成分為每升去離子水加入提純后的硅藻土 100?150g、氫氧 化鋁25?35g、質(zhì)量濃度為85%的磷酸20?30g、N，N-二甲基乙酰胺10?15g ;
[0011] b、所用料漿液的配制在空氣中進(jìn)行，將70%去離子水置于容器中，室溫下首先將 質(zhì)量濃度為85%的磷酸和N，N-二甲基乙酰胺依次加入上述容器中，攪拌使磷酸和N，N-二 甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入氫氧化鋁和提純后的硅藻土；在磷酸、N，N-二甲基乙 酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入后補(bǔ)加去離子水將 混合液的體積調(diào)整到100 %，并繼續(xù)攪拌60?90min，使溶液變成均勻的渾濁液，制得改性 膨化石墨料漿液；
[0012] 3)硅藻土改性膨化石墨的制備：
[0013] 按每100毫升改性膨化石墨料漿液加入5?7g膨化石墨的比例，將改性膨化 石墨料漿液和膨化石墨放入容器中，并將該容器置于超聲波處理器中進(jìn)行超聲波浸漬處 理30min，超聲波頻率為40kHz，在超聲波處理的整個過程中，控制超聲波水浴的溫度為 40°C?50°C，30min后首先將盛有改性料漿液和膨化石墨的容器取出，并將表面浸漬有改 性料漿液的膨化石墨從容器轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然后將蒸發(fā)皿置于烘箱中，對其進(jìn)行烘干處 理，烘干處理時間為6?9h，烘干處理溫度為100°C?105°C ;
[0014] 4)硅藻土改性膨化石墨的后續(xù)處理與保存：
[0015] 將步驟3)烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出，將其置于高溫電爐進(jìn)行燒結(jié)，燒 結(jié)溫度為450°C，保溫lh后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，將改性膨化石墨用去離子水浸洗 干凈，然后將其在80°C?100°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的 改性膨化石墨用塑料袋密封保存。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1、操作簡單、成本低廉。
[0018] 2、使膨化石墨表面載有硅藻土超細(xì)顆粒，顯著提高了膨化石墨吸附處置有機(jī)污染 物的性能。
[0019] 3、硅藻土改性膨化石墨能有效實(shí)現(xiàn)極性和非極性油類污染物的吸附去除，將積極 推進(jìn)含油污水處理和海洋溢油污染處置工作的開展。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 首先將商品硅藻土用120目的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩進(jìn)行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為30%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 30min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置3h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在100°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細(xì) 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將20g質(zhì)量濃度 為85%的磷酸和10g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸 和N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入25g氫氧化鋁和100g提純后的硅藻土；在 磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入 后補(bǔ)加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌60min，使溶液變成均勻的渾濁液， 得到改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為40°C，將5g膨 化石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進(jìn) 行超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和 膨化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然 后將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進(jìn)行烘干處理，烘干處理時間為6h，烘干處理溫度為100°C ;將 烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh 后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，然后將其在 80°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密 封保存。
[0022] 實(shí)施例2
[0023] 首先將商品硅藻土用120目的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩進(jìn)行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為35%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 35min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置4h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇5°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細(xì) 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將25g質(zhì)量濃度為 85%的磷酸和12g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸和 N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入28g氫氧化鋁和120g提純后的硅藻土；在磷 酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入后 補(bǔ)加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌70min，使溶液變成均勻的渾濁液，制 得改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為43°C，將5g膨化 石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進(jìn)行 超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和膨 化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然后 將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進(jìn)行烘干處理，烘干處理時間為7h，烘干處理溫度為100°C ;將烘 干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh后 關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，在85°C溫度下 烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密封保存。
[0024] 實(shí)施例3
[0025] 首先將商品硅藻土用120目的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩進(jìn)行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 40min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置4h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇5°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細(xì) 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將28g質(zhì)量濃度 為85 %的磷酸和13g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸 和N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入30g氫氧化鋁和135g提純后的硅藻土；在 磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入 后補(bǔ)加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌80min，使溶液變成均勻的渾濁液， 制得改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為47°C，將6g膨 化石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進(jìn) 行超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和 膨化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然 后將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進(jìn)行烘干處理，烘干處理時間為8h，烘干處理溫度為105°C ;將 烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh 后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，然后將其在 90°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密 封保存。
[0026] 實(shí)施例4
[0027] 首先將商品硅藻土用120目的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩進(jìn)行篩選處理，稱取過篩后的硅藻土， 用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室溫空化處理 45min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將漿液靜置5h，然后棄去上清液后抽濾，并用去離子水 洗滌，最后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在ll〇°C溫度下干燥12h后研磨成120目的超細(xì) 顆粒，得到提純后的硅藻土；將700mL去離子水置于燒杯中，室溫下首先將30g質(zhì)量濃度 為85 %的磷酸和15g N，N-二甲基乙酰胺依次加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使磷酸 和N，N-二甲基乙酰胺混合均勻；然后依次加入35g氫氧化鋁和150g提純后的硅藻土；在 磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入 后補(bǔ)加去離子水將混合液的體積調(diào)整到1L，并繼續(xù)攪拌90min，使溶液變成均勻的渾濁液， 制得改性膨化石墨料漿液；在超聲波處理器內(nèi)加入適量的水，并保持水溫為50°C，將7g膨 化石墨加入到盛有100mL改性膨化石墨料漿液的燒杯中，并將燒杯置于超聲波處理器中進(jìn) 行超聲波浸漬處理，超聲波頻率為40kHz，超聲波浸漬處理30min后，將盛有改性料漿液和 膨化石墨的燒杯取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨化石墨從燒杯轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然 后將蒸發(fā)皿置于烘箱中對其進(jìn)行烘干處理，烘干處理時間為9h，烘干處理溫度為105°C ;將 烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出置于高溫電爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450°C，保溫lh 后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，再將改性膨化石墨首先用去離子水浸洗干凈，然后將其在 l〇〇°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性膨化石墨用塑料袋密 封保存。
【權(quán)利要求】
1. 一種硅藻土改性膨化石墨的制備方法，其特征在于：該制備方法包括以下步驟： 1) 硅藻土的提純處理： 首先將商品硅藻土用120目的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩進(jìn)行篩選處理，收集過篩物，稱取過篩后的 硅藻土，用去離子水配制硅藻土質(zhì)量含量為30 %?40%的漿液，將硅藻土漿液用超聲波室 溫空化處理30?45min，超聲波空化處理結(jié)束后，先將硅藻土漿液靜置3?5h，然后棄去上 清液后抽濾，并用去離子水洗滌，之后將洗凈的硅藻土置于烘箱中，在l〇〇°C?110°C溫度 下干燥12h，最后將干燥后的硅藻土研磨成120目的超細(xì)顆粒，得到提純后的硅藻土； 2) 硅藻土改性膨化石墨所用料漿液的制備： a、 所用料漿液的組成成分為每升去離子水加入提純后的硅藻土 100?150g、氫氧化鋁 25?358、質(zhì)量濃度為85%的磷酸20?3(^、1^二甲基乙酰胺10?158; b、 所用料漿液的配制在空氣中進(jìn)行，將70%去離子水置于容器中，室溫下首先將質(zhì)量 濃度為85%的磷酸和N，N-二甲基乙酰胺依次加入上述容器中，攪拌使磷酸和N，N-二甲基 乙酰胺混合均勻；然后依次加入氫氧化鋁和提純后的硅藻土；在磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、 氫氧化鋁和硅藻土的加入過程中需要不斷攪拌，待各試劑都加入后補(bǔ)加去離子水將混合液 的體積調(diào)整到100%，并繼續(xù)攪拌60?90min，使溶液變成均勻的渾濁液，制得改性膨化石 墨料漿液； 3) 硅藻土改性膨化石墨的制備： 按每100毫升改性膨化石墨料漿液加入5?7g膨化石墨的比例，將改性膨化石墨料 漿液和膨化石墨放入容器中，并將該容器置于超聲波處理器中進(jìn)行超聲波浸漬處理30min， 超聲波頻率為40kHz，在超聲波處理的整個過程中，控制超聲波水浴的溫度為40°C?50°C， 30min后首先將盛有改性料漿液和膨化石墨的容器取出，并將表面浸漬有改性料漿液的膨 化石墨從容器轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中，然后將蒸發(fā)皿置于烘箱中，對其進(jìn)行烘干處理，烘干處理時 間為6?9h，烘干處理溫度為100°C?105°C ; 4) 硅藻土改性膨化石墨的后續(xù)處理與保存： 將步驟3)烘干后的改性膨化石墨從烘箱中取出，將其置于高溫電爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫 度為450°C，保溫lh后關(guān)閉電爐使其自然冷至室溫，將改性膨化石墨用去離子水浸洗干凈， 然后將其在80°C?100°C溫度下烘干，制得硅藻土改性膨化石墨，將烘干并冷卻后的改性 膨化石墨用塑料袋密封保存。
【文檔編號】C01B31/04GK104140095SQ201410344081
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】宋來洲, 楊菲菲, 楊育林, 齊效文, 賀君, 李飛 申請人:燕山大學(xué)