[發(fā)明專利]一種層狀多級(jí)硅酸鋅及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110328920.2
• 申請(qǐng)日: 2011-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN102502672A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋衛(wèi)國(guó);曲晉;曹昌燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C01B33/20
• 分類號(hào): C01B33/20;B82Y40/00;C02F1/62;C02F1/28
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種層狀多級(jí)硅酸鋅及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)材料，因其同時(shí)具備納米尺度的高比表面、高活性和微米尺度優(yōu)良的機(jī)械性能、易于實(shí)際操作等優(yōu)點(diǎn)，在催化、吸附等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。通常報(bào)道的分級(jí)結(jié)構(gòu)，例如花狀結(jié)構(gòu)，其花瓣的基本組成單元是納米顆粒。本發(fā)明涉及的多級(jí)硅酸鋅材料，其花瓣呈獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)。這種層狀結(jié)構(gòu)，一方面因其較大的層間距而利于物質(zhì)的傳輸，其在吸附、主客體化學(xué)中有潛在的應(yīng)用價(jià)值；另一方面層間的限域作用可以用來制備其它的納米材料。目前文獻(xiàn)中尚未見此種層狀多級(jí)硅酸鋅的結(jié)構(gòu)報(bào)道。

硅酸鹽材料是一類被廣泛研究利用的無機(jī)吸附劑。例如，制糖工業(yè)中的脫色處理，就采用了一種天然硅酸鹽礦物，海泡石。而多級(jí)結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)主要用途，就是作為吸附材料。結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)的硅酸鹽多級(jí)結(jié)構(gòu)材料，在水處理中表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附能力，特別是重金屬離子。在我國(guó)相當(dāng)多的地區(qū)，地下水中含有過量的鉛離子，嚴(yán)重影響人們的生活和健康。世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的飲用水中鉛的額定濃度為10μg/L。進(jìn)一步開發(fā)新型的高效水處理吸附劑具有重大的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可用于吸附去除水中重金屬離子污染物的層狀多級(jí)硅酸鋅及其制備方法。

本發(fā)明所提供的層狀多級(jí)硅酸鋅是按照包括下述步驟的方法制備得到：以可溶性鋅鹽和多種硅源為原料，在無機(jī)銨鹽和氨水的共同作用下，通過一步水熱法制得的。

具體制備方法如下：

1)將可溶性鋅鹽、無機(jī)銨鹽和氨水溶解于水中，得到溶液A；另視硅源種類不同溶解或超聲分散于水中，得到溶液B；

2)將所述溶液A和溶液B混合，得到混合體系C(視硅源種類不同可能形成混合溶液或絮狀沉淀)；

3)將所述混合體系C轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng)器中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到所述層狀多級(jí)硅酸鋅。

所述水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為120-160℃，優(yōu)選140-160℃；反應(yīng)時(shí)間為9-24小時(shí)，優(yōu)選12-24小時(shí)。

上述方法中，所述可溶性的鋅鹽，通常為廉價(jià)鋅鹽，如氯化鋅、硝酸鋅、醋酸鋅或硫酸鋅。

所述硅源可為硅酸鈉、硅酸鉀、二氧化硅粉等。

所述無機(jī)銨鹽可為氯化銨、氟化銨、溴化銨或硝酸銨等。

上述方法中，所述鋅鹽與硅源的摩爾比為3∶(4.5-5.5)。所述無機(jī)銨鹽的用量為8-12mmol。所述氨水的用量為0.8-1.2ml。所述氨水的用量與硅源的摩爾比為(5.5-5.6)∶1。所述無機(jī)銨鹽與氨水的摩爾比為(9.5-10.5)∶7。

本發(fā)明制備的層狀多級(jí)硅酸鋅納米材料可用于吸附水中的重金屬離子；尤其對(duì)鉛離子的吸附效果顯著。

本發(fā)明的優(yōu)異效果，一是采用可溶性的廉價(jià)鋅鹽和多種硅源為原料，在相同的試驗(yàn)條件下均可以制備出層狀多級(jí)硅酸鋅納米材料，這使得原料的選擇余地很大，實(shí)際操作靈活多變，且方法簡(jiǎn)單、安全、成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)；二是制備的層狀多級(jí)硅酸鋅納米材料具有大的比表面積(200-300m²/g)和獨(dú)特的寬間隙層狀結(jié)構(gòu)(層間距約1.22nm)，用于吸附水中鉛離子，效果顯著，吸附容量高(～210mg/g)，凈化能力顯著強(qiáng)于目前所使用的天然硅酸鹽礦物，海泡石。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所制得層狀多級(jí)硅酸鋅X射線粉末衍射圖。

圖2為實(shí)施例1所制得層狀多級(jí)硅酸鋅SEM電鏡檢測(cè)圖。

圖3為實(shí)施例1所制得層狀多級(jí)硅酸鋅TEM電鏡檢測(cè)圖。

圖4為實(shí)施例1所制得層狀多級(jí)硅酸鋅HRTEM電鏡檢測(cè)圖。

圖5為實(shí)施例1所制得層狀多級(jí)硅酸鋅固體核磁硅譜。

圖6為實(shí)施例1所制得層狀多級(jí)硅酸鋅氮?dú)馕?脫附曲線圖。

圖7為實(shí)施例1所制得層狀多級(jí)硅酸鋅吸附等溫曲線圖。

圖8為實(shí)施例2所制得層狀多級(jí)硅酸鋅X射線粉末衍射圖。

圖9為實(shí)施例2所制得層狀多級(jí)硅酸鋅SEM電鏡檢測(cè)圖。

圖10為實(shí)施例3所制得層狀多級(jí)硅酸鋅X射線粉末衍射圖。

圖11為實(shí)施例3所制得層狀多級(jí)硅酸鋅SEM電鏡檢測(cè)圖。

圖12為實(shí)施例4所制得層狀多級(jí)硅酸鋅X射線粉末衍射圖。

圖13為實(shí)施例4所制得層狀多級(jí)硅酸鋅SEM電鏡檢測(cè)圖。

圖14為實(shí)施例5所制得層狀多級(jí)硅酸鋅X射線粉末衍射圖。

圖15為實(shí)施例5所制得層狀多級(jí)硅酸鋅SEM電鏡檢測(cè)圖。

具體實(shí)施方式