[發明專利]一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410147704.1
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103933929A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 胡蕓;何音韻;韋朝海
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明屬于環境功能材料領域，具體涉及一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑及其制備方法和應用。

背景技術

介孔氧化硅分子篩具有孔道結構均勻且呈六方有序排列、比表面積高、孔容大和化學穩定性好等優點，被廣泛用作吸附劑和催化劑載體。然而吸附劑的吸附性能在很大程度上取決于吸附劑表面的親疏水性。介孔氧化硅分子篩在合成過程中，通過煅燒或溶劑萃取去除表面活性劑后，表面產生大量的硅羥基（Si-OH），具有很強的親水性。這使得其對疏水性有機污染物的親和力不佳，不能充分發揮其結構優勢。針對這一問題，目前普遍采用的方法是對分子篩進行表面疏水化改性，即通過接枝技術在分子篩表面嫁接硅烷偶聯劑，使其表面羥基被疏水性的烷基基團取代，增強對有機物的吸附能力。

一般來說改性劑碳鏈越長，其疏水性越強；然而，改性基團所占據的分子篩孔道空間也越大，甚至造成孔道堵塞，對分子篩做吸附劑或催化劑載體的性能產生不利影響。此外，孔徑較小的介孔分子篩如MCM-41的孔道是以十六烷基三甲基溴化銨（C₁₆）作表面模板劑而形成，由于空間位阻效應，用長碳鏈改性劑修飾孔道表面較難實現。因此需要開發出一種改性劑碳鏈短、改性后結構性能優良同時疏水性強、具有較高吸附能力的新型改性介孔氧化硅吸附劑，用于富集和凈化環境樣品如污水、河水中的疏水性微量有機物。考慮到含氟基團是疏水性的，氟取代有機分子中的氫原子會使其疏水性增加，本發明用3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷做改性劑對介孔氧化硅進行疏水改性，制備出短碳鏈接枝的疏水性介孔氧化硅吸附劑。

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發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑及其制備方法和應用，該疏水性介孔氧化硅吸附劑對水體中疏水性有機物的吸附去除具有良好的效果。

本發明目的通過以下技術方案來實現：

一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑，所述介孔氧化硅吸附劑表面接枝有短碳鏈的3,3,3-三氟丙基，疏水性強于引入不含氟的丙基，疏水性吸附效果可以與引入長碳鏈的烷基基團相媲美，對介孔氧化硅本身的介孔結構性能的影響又比引入長碳鏈烷基基團造成的影響小，所述介孔氧化硅吸附劑的比表面積為500~1000?m²/g，孔容為0.4~1.0?cm³/g。

一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑的制備方法：

通過溶劑熱法對水熱法合成的介孔氧化硅進行疏水化改性，制備得到用于水中疏水性有機污染物的吸附去除的吸附劑，即一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑。

一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑采用3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷作改性劑對介孔氧化硅分子篩進行表面修飾，包括以下步驟：

（1）介孔氧化硅的預處理：將介孔氧化硅在80~120?℃烘焙6~12?h，去除吸附的水分，得到干燥的介孔氧化硅；

（2）介孔氧化硅的疏水改性：將步驟（1）得到的干燥的介孔氧化硅分散于甲苯中，加入有機硅烷改性劑，加熱回流攪拌反應，反應結束后抽濾，反應產物用異丙醇洗滌后，烘干，得到一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑。

上述方法中，步驟（1）所述的介孔氧化硅是水熱法合成的。

上述方法中，步驟（1）所述介孔氧化硅包括MCM-41、MCM-48、HMS、SBA-15、MCF、MSU-1、MSU-2、MSU-4或KIT-1等介孔氧化硅；所述介孔氧化硅在甲苯溶劑中的濃度為5~20?g/L。

上述方法中，步驟（2）所述的有機硅烷改性劑為3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷，使用量為1?g介孔氧化硅加入3.3~13.3?mmol有機硅烷改性劑。

上述方法中，步驟（2）所述的反應的反應溫度為70~110?℃，反應時間為12~30?h。

上述方法中，步驟（2）所述的異丙醇洗滌時間為1~4?h。

上述方法中，步驟（2）所述的烘干為在80~100?℃下烘8~12?h。

一種吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑應用于疏水性有機污染物的吸附。

所述吸附疏水性有機物的介孔氧化硅吸附劑的應用方法為將適量干燥的吸附劑加入到含疏水性有機污染物的水樣中，加以外力振蕩或攪拌，使吸附劑與水樣充分混合接觸，從而將污染物富集到吸附劑表面而從水樣中去除。

與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：