[發明專利]一種用于吸附水中重金屬離子的雙功能化介孔二氧化硅的制備方法

有效

• 申請號: 201410375446.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104148021A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 魏建文;吳藝巧;王敦球;廖雷;宋紅軍
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明專利涉及一種用于吸附水中重金屬離子的雙功能化介孔二氧化硅的制備方法。

背景技術

隨著工業化和現代化速度的加快，大量含重金屬離子的工業廢水以及城市生活污水未經處理而直接外排，使得重金屬在各類水體中的濃度急劇增加，導致受污染的水體越來越多，污染程度逐漸加重。水體重金屬的污染，嚴重威脅人類和水生生物的生存安全。因此，如何治理水體重金屬污染是一項重要的環境保護工作。重金屬廢水傳統的治理技術主要有化學沉淀法、離子交換法、膜分離法、生化法等，然而在實際運用過程中均存在一些不足；而吸附法借助吸附劑上發達的孔結構、巨大的比表面積，通過表面各種活性官能團與吸附質間所形成的各種化學鍵，可以有選擇性地吸附重金屬離子，進而達到凈化水體的目的，因此吸附法去除水中重金屬受到廣泛關注。

自介孔材料問世以來，它就一直是研究者們的一個關注重點。介孔氧化硅材料由于擁有極大的比表面，孔徑大小可調控及優異的水熱穩固性而被認為是一種潛在的吸附劑。介孔分子篩SBA-15作為一種典型的介孔材料，其特有的孔徑及易使靶分子進入的內孔道而使化學或物理動力學過程發生較快，但是，純介孔分子篩SBA-15表面僅存在硅羥基，使其應用在很大程度上受到限制。為了擴寬介孔材料的實際應用，人們利用硅羥基能與帶有機官能團的硅烷偶聯劑發生反應等特性，采用各種方法合成了含各種有機官能團的介孔物質，如有機基團–NH₂,–COOH,–CH＝CH₂,–SH等修飾的介孔材料，在催化、光學、分離與吸附等領域展現了良好的前景。但至今沒有關于采用TMB為擴孔劑，三氨基硅烷和EDTA二鈉為改性劑，合成雙功能化大孔徑介孔材料的報道，也沒有關于該雙功能化大孔徑介孔材料吸附去除水中重金屬離子的研究報道。

本項專利采用TMB為擴孔劑，三氨基硅烷和EDTA二鈉為改性劑，合成雙功能化大孔徑介孔二氧化硅材料，這種材料提高了材料的比表面積、擴大了孔徑，不僅保持了原有介孔材料的優異性能，同時大大提高了材料的吸附重金屬性能，在重金屬廢水處理領域具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明專利的目的在于提供一種用于吸附水中重金屬離子的雙功能化介孔二氧化硅的制備方法，該方法采用如下技術方案：

一種用于吸附水中重金屬離子的雙功能化介孔二氧化硅的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，大孔徑介孔二氧化硅的合成

將4g結構導向劑P123(聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物)加入到150mL(1.6mol/L)鹽酸中，攪拌2h至溶液澄清，將溫度升至40℃后，加入TMB(1,3,5-三甲苯)，所述TMB和P123的質量比為＝1:5，反應6h后在快速攪拌(450r/min)下用恒壓滴液漏斗以6-9秒/滴的速度滴入8.5gTEOS(正硅酸乙酯)，以相同的攪拌速度繼續反應24h后，轉移到聚四氟乙烯高壓消解罐，于100℃晶化24h，真空抽濾，烘干制得白色粉末，烘干后的白色粉末用無水乙醇和濃鹽酸在98.5℃下(無水乙醇和濃鹽酸的體積比為200:1)，用索氏提取器索氏提取24h，真空抽濾，用超純水洗滌3-4次，100℃下干燥12h，制得大孔徑介孔二氧化硅。

步驟二，三氨基改性大孔徑介孔二氧化硅的制備

將1.5-2.5g步驟一所制的介孔二氧化硅加入到裝有50-100mL甲苯的250mL平底燒瓶中混勻，加入3.5-4.5mmol三氨基硅烷偶聯劑，混合均勻，加熱回流10h，冷卻，然后真空抽濾，并用無水乙醇清洗2-3次，在80-120℃烘箱內干燥10-15h得樣品。

將前面所制得的樣品干燥后用120ml二氯甲烷/乙醚混合液(體積比為1:1)，在80℃條件下，用索氏提取器索氏提取8h，所得固體在100℃下干燥12h，即得到三氨基改性的介孔二氧化硅。

步驟三，雙功能化介孔二氧化硅的制備

將步驟二中所制的三氨基改性的介孔二氧化硅(2.2g)加入到60mL(0.1mol/L)乙二胺四乙酸二鈉(EDTA二鈉)水溶液中，室溫下攪拌24h。抽濾，用超純水清洗數次，干燥，得最終產品。

其特征在于步驟二中所述的三氨基硅烷偶聯劑為(NH₂-(CH₂)₂-NH-(CH₂)₂-NH-(CH₂)₃-Si(OCH₃)₃)。。