钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂及其制备方法与应用，其制备方法具体包括以下步骤：将天然蛭石与氢氟酸进行反应，获得钙镁铝三元氟化物；将钙镁铝三元氟化物分散到水中，并加入表面活性剂，经分散后，获得悬浊液；将清洗干净的聚氨酯海绵放入悬浊液中，经搅拌、烘干，获得钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂。本发明专利技术以天然蛭石为原料制备出钙镁铝三元氟化物，利用十六烷基三甲基溴化铵诱导钙镁铝三元氟化物在液相中与聚氨酯海绵结合，将其负载到聚氨酯海绵上，提高海绵的吸附性能与亲水性，海绵作为载体可以实现吸附剂的易回收以及快速循环再生，实现对水体中抗生素与染料的高去除率。实现对水体中抗生素与染料的高去除率。实现对水体中抗生素与染料的高去除率。

【技术实现步骤摘要】
钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及吸附剂
，具体涉及一种钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]水污染目前是一个严重的全球性问题，困扰着世界各国，其中排放量比较大的纺织工业废水包含了大量的有机染料例如刚果红与甲基橙等，另外抗生素使用泛滥导致的水中抗生素残留累积，例如四环素类常用于畜禽养殖产业，随着动物排泄流入河流，这些染料与抗生素废水分布面广且污染物分子较大，难以降解，对人类与水生生物的生存造成了严重的威胁。相比较于沉淀法、膜分离法、催化降解法等，吸附法具有操作简单、成本低、效率高且无副产物等优势，被广泛用于处理环境废水。
[0003]目前的吸附剂大多是粉末吸附剂，不易分离回收，循环再生能力差，增加了废水处理成本。聚氨酯是世界产量第六大的聚合物，其中聚氨酯海绵在吸附领域有着广泛的应用，吸附以后可以从水体中直接取出，挤压解吸，循环使用。但是聚氨酯海绵亲水性较差，因此现有研究通常在聚氨酯海绵上负载一些亲水性好的吸附剂。例如中国专利CN113694904A公开了一种新型吸附海绵，通过将亲水廉价的黏土矿物埃洛石负载到聚氨酯海绵上，但对刚果红的最大去除率仅为45.86％，性能急需提升。中国专利CN105148875A公开了一种易回收可循环使用的聚苯胺负载聚氨酯海绵吸附材料，首先用碳纳米管对聚氨酯海绵改性，之后利用苯胺单体在其上面聚合形成聚苯胺，对亚甲基蓝染料废水的去除率为80％，性能仍需提升，并且负载的碳纳米管的成本较高。而且目前的这些聚氨酯海绵基吸附剂通常只吸附染料或者抗生素的一类，无法实现多种染料与抗生素的多功能吸附。
[0004]蛭石在我国新疆的矿产量占世界储量的1/6，蛭石及其复合材料是常见的废水吸附剂，由于其价廉易得、亲水、层间阳离子可交换、层状结构和物理化学性质稳定等优势，目前对蛭石基吸附剂的研究围绕着结构孔道调控，表面修饰以及负载，吸附性能无法进一步提升。蛭石是一种的2:1型层状结构的水合镁铝硅酸盐矿物，在改性过程中往往流失掉丰富的金属资源。利用蛭石的金属组分制备新型吸附材料，之后负载到聚氨酯海绵上，有望获得新型的低成本、高去除率、易回收、可快速循环再生的多功能吸附剂。

技术实现思路

[0005]鉴于目前存在的上述不足，本专利技术提供一种钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂及其制备方法与应用，其目的是以天然蛭石为原料制备出钙镁铝三元氟化物，之后利用十六烷基三甲基溴化铵诱导钙镁铝三元氟化物在液相中与聚氨酯海绵结合，将其负载到聚氨酯海绵上，提高海绵的吸附性能与亲水性，海绵作为载体可以实现吸附剂的易回收以及快速循环再生，实现对水体中抗生素与染料的高去除率。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供一种钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007]步骤一：将天然蛭石与氢氟酸进行反应，获得钙镁铝三元氟化物；
[0008]步骤二：将钙镁铝三元氟化物分散到水中，并加入表面活性剂，经分散后，获得悬浊液；
[0009]步骤三：将清洗干净的聚氨酯海绵放入悬浊液中，经搅拌、烘干，获得钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂。
[0010]依照本专利技术的一个方面，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
[0011]依照本专利技术的一个方面，所述十六烷基三甲基溴化铵的质量分数为0.1％
‑
0.5％。
[0012]依照本专利技术的一个方面，所述水溶液中的钙镁铝三元氟化物的浓度为0.5
‑
4mg/mL。
[0013]依照本专利技术的一个方面，所述氢氟酸与蛭石的用量比为5
‑
10mL/mg，所述氢氟酸的浓度为10wt％
‑
40wt％。
[0014]依照本专利技术的一个方面，所述步骤一中，天然蛭石与氢氟酸进行反应具体为：60
‑
90℃条件下，搅拌并反应3
‑
12h，搅拌转速为600
‑
1000rpm/min。
[0015]依照本专利技术的一个方面，所述步骤一中，反应完成后的具体步骤为：天然蛭石与氢氟酸进行反应后经抽滤得到的固体在去离子水和无水乙醇中交替洗涤至pH中性，再在空气中干燥，获得钙镁铝三元氟化物。
[0016]依照本专利技术的一个方面，所述步骤三中聚氨酯海绵的清洗过程具体为：将聚氨酯海绵块先后放入无水乙醇与去离子水中超声，再进行干燥，获得清洗干净的聚氨酯海绵。
[0017]基于同一专利技术构思，本申请还提供了一种钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂，所述钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂由上述任一所述的制备方法制备获得。
[0018]基于同一专利技术构思，本申请还提供了上述任一所述制备方法获得钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂在吸附并去除废水中的刚果红染料、甲基橙染料与盐酸四环素中的应用。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)本专利技术使用的主要原料为价廉量大的天然蛭石、聚氨酯海绵与氢氟酸，充分利用了蛭石中的金属资源镁铝钙，实现了矿物资源化利用。无需通过化学方法对海绵进行改性修饰等，制备过程简单、高效，低耗能。此外，本专利技术适合大规模的工业化生产应用，提高产量完全没有任何机械设备的瓶颈。
[0021](2)钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂可以实现对多种染料与抗生素的多功能吸附，如表1和图4所示，实施例2对刚果红、甲基橙以及盐酸四环素废水的去除率皆高达99％，净化废水能力超强。而且该吸附剂回收方便，可以循环再生，5次以后的去除率仍在95％以上。
[0022](3)如图3所示，钙镁铝三元氟化物的亲水性极强，负载后可以改善聚氨酯海绵的亲水性，再加上海绵本身三维多孔骨架结构，钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的吸附速度快，图6显示10min即可将刚果红废水净化澄清，能够应对突发状况下的废水污染。
[0023](4)图5表明钙镁铝三元氟化物在聚氨酯海绵上负载非常稳定，使用过程中不会引起额外的金属离子污染。
附图说明
[0024]图1为对比例1的聚氨酯海绵的扫描电镜图(图1a)、图1a放大100倍的扫描电镜图(图1b)、实施例2的钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的扫描电镜图(图1c)、图1c放大100倍的扫描电镜图(图1d)；
[0025]图2为实施例2中制备的钙镁铝三元氟化物对水的接触角测试图；
[0026]图3为实施例2分别对刚果红染料、甲基橙染料以及盐酸四环素废水的循环吸附去除率的柱状图；
[0027]图4为实施例2对盐酸四环素废水在循环吸附5次后钙、镁及铝三种金属在水体中的浸出量的柱状图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术更加容易理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一：将天然蛭石与氢氟酸进行反应，获得钙镁铝三元氟化物；步骤二：将钙镁铝三元氟化物分散到水中，并加入表面活性剂，经分散后，获得悬浊液；步骤三：将清洗干净的聚氨酯海绵放入悬浊液中，经搅拌、烘干，获得钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂。2.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。3.根据权利要求2所述的钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的制备方法，其特征在于，所述十六烷基三甲基溴化铵的质量分数为0.1％
‑
0.5％。4.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的制备方法，其特征在于，所述水溶液中的钙镁铝三元氟化物的浓度为0.5
‑
4mg/mL。5.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物负载聚氨酯海绵多功能吸附剂的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸与蛭石的用量比为5
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10mL/mg，所述氢氟酸的浓度为10wt％
‑
40wt％。6.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物负载聚氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐爱东，张士林，杨华明，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：