一种层间改性锂皂石硅藻土复合材料及其制备方法和用途

1.本发明属于水处理材料领域，具体涉及一种层间改性锂皂石硅藻土复合材料及其制备方法和用途。


背景技术：

2.环境污染是当今世界迫切需要解决的三大社会问题之一，其中染料在水中的过度排放引起强烈关注。有机染料在纺织、印染、皮革、造纸等各个染色行业中被频繁使用，导致大量的含染料废水的产生。据估计，全世界纺织用染料生产为40多万吨，大量印染废水进入水环境将对水环境产生长期的负面影响，最终影响水生生物与人类的健康。印染加工过程中约有10％～20％染料作为废水排出，进入江湖、大海和地面水中。废水中的染料能吸收光线，降低水体透明度，影响水生生物和微生物生长，不利于水体自净，同时易造成视觉上的污染。吸附法因其效率高、成本低、操作简单、环境友好而被认为是最有效的废水处理技术。活性炭、金属氧化物、沸石、粘土等常用作吸附剂。但它们大多价格昂贵，吸附能力低，或制备工艺复杂。另外，吸附处理完成后，一般采用离心、过滤、沉淀等方法将吸附剂与处理水分离，但整个分离过程耗时复杂，分离不彻底，会造成水质二次污染。
3.因此，设计和制备高效、稳定、环保、低成本同时去除阴离子和阳离子染料的吸附剂势在必行。
4.为了解决以上问题，提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明提出将硅藻土与锂皂石一步水热法制得的前驱体与ctab进一步水热并在厌氧环境下煅烧后得到了新型废水处理材料，并将其应用于同时去除以刚果红为代表的阴离子染料，实现了从源头上的废物利用及生态环保的理念。
6.本发明第一方面提供了一种层间改性锂皂石硅藻土复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
7.步骤(1)：将含镁化合物、含锂化合物、相应数量的硅藻土，加入去离子水中充分混匀，放入反应釜中反应，反应完冷却至室温后，洗涤收集，干燥得到锂皂石硅藻土前躯体；
8.步骤(2)：将锂皂石硅藻土前驱体、十六烷基三甲基溴化铵以及一定量的乙醇溶液加入反应釜中，反应完冷却至室温后，洗涤收集，干燥得到该改性锂皂石硅藻土，然后在氮气气流中加热，得到层间改性锂皂石硅藻土复合材料。
9.优选地，步骤(1)中含镁化合物为氢氧化镁、氯化镁、氧化镁、氯化镁中的一种或几种。
10.优选地，步骤(1)中含锂化合物为氟化锂、氢化锂、氧化锂、碳酸锂中的一种或几种。
11.本发明第二方面提供了一种本发明第一方面所述制备方法制备的层间改性锂皂石硅藻土复合材料。
12.本发明第三方面提供了一种本发明第一方面所述制备方法制备的层间改性锂皂石硅藻土复合材料治理染料废水的用途，其特征在于，将层间改性锂皂石硅藻土复合材料加含有入阴阳离子染料的废水中，可以去除阴阳离子染料。
13.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
14.1、现有技术已有许多研究利用基质支撑纳米材料以增强其在水环境处理中的应用，如蒙脱石、蛭石、碳纤维、多孔碳等。各式各类的材料都存在其不足之处，不管是单一组分材料还是多组分复合材料，它们大多价格昂贵，吸附能力低，吸附对象单一，或制备工艺复杂，常见的材料并不能有效回收，导致整个过程产生过多的费用，回收不充分，还会导致对水体的二次污染。本发明制备方法制备的新材料对阴阳离子染料有良好的吸附性，且制作成本低廉，环境友好，实现了以粘土材料治理环境污染的创新思想。
15.2、本发明应用硅藻土三维材料和锂皂石二维材料复合后进行ctab改性得到层间改性锂皂石硅藻土复合材料，创造性地从改性方法上实现一种多效复合材料的多功能应用，更符合环境需求以及具有更高的市场价值。提高了硅藻土作为战略资源矿产的附属价值，开创硅藻土制备层状类石墨烯碳复合材料的道路。该制备方法为后续环境、能源提供了思路。
附图说明
16.图1为ctab-la@d的x射线衍射仪图(a)和红外光谱图(b)；
17.图2为实施例2中产品1.0ctab-la@d的sem图；
18.图3为ctab-la@d对刚果红溶液吸附性能(图a、b、c刚果红浓度为100mg/l，图d温度为25摄氏度)；
19.图4为1.0ctab-la@d对亚甲基蓝(a)、甲基橙溶液(b)吸附性能。
具体实施方式
20.下面的实施例体现了本发明描述的过程，但本发明并不局限于这些实例。
21.实施例1
22.步骤(1)：采用一步水热法制备锂皂石硅藻土前驱体
23.将3.48g的mg(oh)2、0.4g的lif、50ml的去离子水依次混合并磁力搅拌10分钟，再加入6.4g硅藻土，之后再磁力搅拌5-10分钟。随后放入聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，180℃反应6小时。冷却至室温后，用去离子水和酒精离心洗涤多次收集样品。最后在60℃干燥12h得到的锂皂石硅藻土前驱体la@d。
24.步骤(2)：制备层间改性锂皂石硅藻土复合材料
25.称取75mg的ctab放入聚四氟乙烯内衬中并分别加入100mg的锂皂石硅藻土前驱体，加入70ml 50％乙醇溶液，随后放入高压釜中，60℃反应8个小时。冷却至室温后，用去离子水和酒精离心洗涤多次收集样品。在60℃干燥12h得到改性锂皂石硅藻土复合材料，然后在氮气流下以700℃的预定温度以10℃/min的加热速率加热4h，随后收集得到层间改性锂皂石硅藻土复合材料，该材料命名为0.75ctab-la@d。
26.实施例2
27.其他条件和实施例1一样，不同的是步骤2中加入聚四氟乙烯内衬中的ctab为
100mg，制得的层间改性锂皂石硅藻土复合材料命名为1.0ctab-la@d。
28.实施例3
29.其他条件和实施例1一样，不同的是步骤2中加入聚四氟乙烯内衬中的ctab为150mg，制得的层间改性锂皂石硅藻土复合材料命名为1.5ctab-la@d。
30.应用例1
31.采用x射线衍射仪和傅里叶红外光谱对所制备的层间改性锂皂石硅藻土复合材料进行成分分析，如图1(a)所示，x射线衍射仪清晰地显示了锂皂石和二氧化硅的晶体结构，如图1(b)所示，三种层间改性锂皂石硅藻土复合材料均出现了位于2850-1
和1476cm-1
ctab特征峰，表明三种层间改性锂皂石硅藻土复合材料都成功改性，且随着ctab量的增多，纳米复合材料峰强也逐渐增加。
32.应用例2
33.采用扫描电镜分析了煅烧后的层间改性锂皂石硅藻土复合材料(1.0ctab-la@d)的表面形貌，从图2中发现，本发明所述的碳化温度有利于石墨烯碳的生成，且不会破坏硅藻土的3d结构。
34.应用例3
35.本发明中吸附实验在不同温度下的恒温轨道振动台中进行。将30mg层间改性锂皂石硅藻土复合材料置于以不同浓度新鲜制备的100ml染料溶液(刚果红、亚甲基蓝mb、甲基橙mo)中。此外，使用紫外-可见分光光度计(aoelab a590)在特征吸收波长下测量染料溶液的初始浓度和最终平衡浓度。平衡时复合材料的最大吸收容量染料溶液(qe，mg/g)使用公式(1)计算。
[0036][0037]
其中co和ce(mg/l)分别是染料溶液的初始和最终浓度；v(l)为溶液体积；m(g)是复合材料的质量。
[0038]
从图3、图4可以看出，三种材料对不同的染料溶液均有着良好的吸附性能。对于刚果红溶液，分析了其在不同温度下的吸附性能表现发现其随着温度的升高，吸附性能略有下降。也对甲基橙溶液做了类似的分析(mb的初始浓度为200mg/l，mo的初始浓度为mg/l),发现1.0ctab-la@d的甲基橙的吸附容量大概在200mg/g，而对亚甲基蓝溶液其吸附容量大概在600mg/g。因此综合其不同染料溶液的吸附性能，可以表明该材料具有对多种染料溶液的良好吸附性，应用前景广泛。

技术特征：
1.一种层间改性锂皂石硅藻土复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤(1)：将含镁化合物、含锂化合物、相应数量的硅藻土，加入去离子水中充分混匀，放入反应釜中反应，反应完冷却至室温后，洗涤收集，干燥得到锂皂石硅藻土前躯体；步骤(2)：将锂皂石硅藻土前驱体、十六烷基三甲基溴化铵以及一定量的乙醇溶液加入反应釜中，反应完冷却至室温后，洗涤收集，干燥得到改性锂皂石硅藻土，然后在氮气气流中加热，得到层间改性锂皂石硅藻土复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中含镁化合物为氢氧化镁、氯化镁、氧化镁、氯化镁中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中含锂化合物为氟化锂、氢化锂、氧化锂、碳酸锂中的一种或几种。4.一种权利要求1所述的制备方法制备的层间改性锂皂石硅藻土复合材料。5.一种权利要求1所述的制备方法制备的层间改性锂皂石硅藻土复合材料治理染料废水的用途，其特征在于，将层间改性锂皂石硅藻土复合材料加含有入阴阳离子染料的废水中，可以去除阴阳离子染料。

技术总结
本发明提供了一种层间改性锂皂石硅藻土复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：将含镁化合物、含锂化合物、相应数量的硅藻土，加入去离子水中充分混匀，放入反应釜中反应，反应完冷却至室温后，洗涤收集，干燥得到锂皂石硅藻土前躯体；步骤(2)：将锂皂石硅藻土前驱体、十六烷基三甲基溴化铵以及一定量的乙醇溶液加入反应釜中，反应完冷却至室温后，洗涤收集，干燥得到该改性锂皂石硅藻土，然后在氮气气流中加热，得到层间改性锂皂石硅藻土复合材料。本发明还提供了所述制备方法制备的复合材料治理染料废水的用途，本发明制备方法制备的新材料对阴阳离子染料有良好的吸附性，实现了以粘土材料治理环境污染的创新思想。以粘土材料治理环境污染的创新思想。以粘土材料治理环境污染的创新思想。


技术研发人员：张育新 代楠 郑秀霜 刘心逸 封丽 刘晓英 高立洪 宋丹 郑吉澍
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/9