[發明專利]一種硅烷功能化剝層水滑石及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310029772.3
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103071458A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 徐慶紅;趙秀巧
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 何俊玲

技術領域

本發明涉及剝層水滑石的有機化及其對重金屬離子的選擇性吸附，具體涉及N–(β–氨乙基)–γ–氨丙基三乙氧基硅烷（簡寫為KH–791）對剝層水滑石的硅烷功能化制備。該KH–791功能化的剝層水滑石，對過渡金屬離子有良好的吸附性能，可用于處理工業廢水中的過渡金屬離子。

背景技術

近年來，隨著工業的不斷發展，重金屬污染越來越嚴重，污水處理成為世界各國都非常重視的一項工程，于是各種污水處理材料被源源不斷研制出來。水滑石作為一種價格便宜且環境友好型吸附劑受到了眾多學者的關注。總結眾多水滑石類材料的相關資料發現，非有機修飾的水滑石是通過離子交換的方式吸附金屬陰離子含氧酸根、并進而處理水中的金屬離子，但這種吸附方式存在其致命缺點，即金屬離子必須以其含氧酸根陰離子或其它形式的陰離子存在，才能夠被水滑石類材料吸附，因為水滑石不能夠交換吸附金屬陽離子。

鑒于水滑石所存在的上述缺點，對水滑石進行有機修飾成為了必然。首先，研究者以帶配位基有機物對水滑石無機層板進行插層，進而利用層間存在的配位基團和重金屬離子配位來達到吸附重金屬離子的目的。例如，在文獻J.Inorganic?Chemistry42(2003),1919-1927中，作者首先報道了EDTA插層水滑石對Co²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺離子的吸附，隨后Pérez,M.R等人在文獻J.Applied?Clay?Science32(2006),245-251中報道了EDTA插層水滑石對Cu²⁺,Cd²⁺和Pb²⁺的吸附性能。后來在文獻J.Journal?of?Colloid?and?Interface?Science331(2009),425-431中專門研究了EDTA插層水滑石對Cu²⁺吸附的穩定性和吸附動力學。但利用插層改性水滑石對金屬離子吸附有其局限性，例如，由于有機分子空間體積等因素的存在，水滑石層間被插層進去的有機分子數是有限的，從而使吸附的金屬離子數目受到限制。自2005年文獻Advanced?Materials17(2005),106-109報道胺丙基三乙氧基硅烷通過共價鍵與水滑石表面羥基鏈接以來，便有水滑石有機鏈接修飾研究相關報道。文獻J.Chem?Asian?J,(2009),67-73中，Oh,J.M.Choi等對水滑石層間進行了具熒光性質的有機物鏈接，并對其在生物制藥方面的應用進行了研究，但有關表面改性剝層水滑石及剝層水滑石在污水處理方面應用方面卻鮮有文獻報道。本專利首先合成了鎂鋁水滑石、對所合成的水滑石進行了剝層并利用硅烷試劑KH-791[N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷]對剝層水滑石層板羥基進行了有機化修飾，發現所得到的復合材料對廢水中某些重金屬離子具有良好的吸附及選擇性吸附性能，有潛在的工業應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供硅烷功能化剝層水滑石及其制備方法，以及該材料的應用。

本發明提供的硅烷功能化剝層水滑石材料，是用N–(β–氨乙基)–γ–氨丙基三乙氧基硅烷（簡寫為KH–791）對剝層水滑石進行功能化修飾，其中KH–791與剝層水滑石單層板表面上的羥基通過Si–O–M（M代表水滑石上的金屬離子）鍵相鏈接。該材料對Cr³⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Pb²⁺等過渡金屬離子具有吸附性能，可用于工業廢水中對這些過渡金屬離子的去除。

本發明提供的KH–791功能化剝層水滑石材料的制備方法是：首先合成硝酸根插層型鎂鋁水滑石，然后利用甲酰胺對其進行剝層處理，使水滑石原多層結構打開進而變成單片層結構（這種剝層處理方式不會使水滑石的無機骨架結構遭到破壞），再把KH–791嫁接到剝層水滑石表面，最終得到KH–791功能化剝層水滑石。

剝層水滑石與KH-791之間的化學反應如下：

KH–791功能化剝層水滑石材料的具體制備步驟如下：