[發明專利]一種胺基改性二氧化硅氣凝膠及其在重金屬離子吸附劑中的應用

無效

• 申請號: 201310363455.5
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103432985A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 崔升;吳蘭蘭;劉寶;沈曉冬
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C02F1/64
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種離子吸附劑及其應用，尤其涉及一種胺基改性二氧化硅氣凝膠及其在重金屬離子吸附劑中的應用。

背景技術

水體、土壤中重金屬的危害一直是國際環境學界關注的研究課題。重金屬在水中、土壤中不能被分解，且易形成食物鏈傳遞，重金屬進入人體后易造成積累和中毒。與其他毒素結合可生成毒性更大的有機物，如震驚世界的水俁病和骨痛病就是由于含汞和含鎘廢水污染所致。傳統的去除水中重金屬離子方法有化學沉淀法、氧化還原法、電解法、蒸發濃縮法、離子交換樹脂法等，但這些方法存在投資大、運行成本高、操作管理麻煩、產生二次污染等問題。近年來吸附法處理重金屬廢水具有高效、經濟、簡便、選擇性好等優點已引起環保界的廣泛關注。當前主要的吸附劑為活性炭及介孔分子篩等。這類材料具有較大的比表面積。

SiO₂氣凝膠是一種新型的結構可控的多孔材料，其具有大比表面積（最高達1000m²/g）、高空隙率（最高可達90%以上）、低密度（最低達0.02g/cm³）等特點，已經在多個研究領域得到了廣泛的應用。目前SiO₂氣凝膠在吸附領域主要使用疏水改性劑對氣凝膠表面進行疏水改性，應用在有機氣體或溶劑的吸附領域，吸附效率及吸附容量為等同質量活性的10倍以上，且吸附循環性良好。疏水改性的制備方法主要有兩種方法，后期改性及原位聚合，制備工藝已較為成熟。

發明內容

本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供一種胺基改性二氧化硅氣凝膠，本發明的另一目的是提供上述的一種胺基改性二氧化硅氣凝膠在重金屬離子吸附劑中的應用。本發明所提供的氣凝膠，其特征是納米尺寸孔徑、多孔、比表面積高等特點，對吸附重金屬離子有十分顯著的效果。

本發明的技術方案為：一種胺基改性二氧化硅氣凝膠，其特征在于由以下方法制備得到，其具體步驟如下：

（1）制備SiO₂濕凝膠

將硅源、醇、水及催化劑按摩爾比為1:（10～26）:（2～5）:（0.0004～0.001）混合,并攪拌水解0.5～2小時,水解溫度為25～65℃,調節溶液pH值為6～8，靜置獲得SiO₂濕凝膠；

（2）胺基改性溶液的配制

按胺基硅烷、醇及水按體積比為1：（2～12）：（0～0.5）混合得胺基改性溶液；

（3）胺基改性SiO₂濕凝膠的制備

將步驟（1）制備得到的SiO₂溶膠靜置凝膠，在凝膠點后1～7小時加入步驟（2）所配制的胺基溶液；其中胺基改性溶液與SiO₂濕凝膠體積比為2～5：1；在25℃～70℃之間改性2～10天；倒出用于改性SiO₂濕凝膠所用的胺基改性劑溶液，加入無水乙醇溶液進行溶劑置換，置換溫度為25℃～70℃；直至上層置換液pH值為6～8，由此得到胺基改性SiO₂濕凝膠；

（4）胺基改性SiO₂氣凝膠的干燥

將步驟（3）中獲得的胺基改性SiO₂濕凝膠采用CO₂超臨界干燥，得到胺基改性SiO₂氣凝膠材料。

優選所述硅源為正硅酸四乙酯或正硅酸四甲酯；優選步驟（1）和（2）中的醇均為乙醇或甲醇；步驟（1）中所述的催化劑為HCl；步驟（2）中所述的胺基硅烷為三氨丙基三乙氧基硅烷或三氨丙基三甲氧基硅烷。

優選步驟（4）中所述的CO₂超臨界干燥用CO₂氣體保護，壓力為8MPa～12MPa；CO₂超臨界干燥溫度為45～50℃；干燥時間為2～3天。

本發明還提供了上述的胺基改性二氧化硅氣凝膠在重金屬離子吸附劑中的應用。

上述的應用中：所述重金屬離子吸附劑一般用于pH值4-12環境下對如下金屬離子的吸附、去除：

重金屬陽離子：Ni²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Hg⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ag⁺、Co³⁺、Co²⁺以及銠、鉑、鈀、金、銥和釕等貴金屬離子：