[發明專利]一種處理重金屬的有機無機雜化材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710467200.1
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107286189B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 李一菲;錢天偉;劉曉娜;王婷
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: C07F7/21
• 分類號: C07F7/21;B01J20/22;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 魏樹巍

一種處理重金屬的有機無機雜化材料是由硅烷化二烷基季銨鹽與正硅酸乙酯共同水解，在黃鐵礦表面包裹形成的有機無機雜化材料。其結構式如下所示：其中n＝2或4。本發明具有對Cr或Re重金屬選擇性吸附，處理效果好的優點。

技術領域

本發明屬于水體中重金屬處理技術領域，具體涉及一種處理水中Cr(Ⅵ)、Re(VII)重金屬的有機無機雜化材料及其制備方法。

背景技術

鉻(Cr)是電鍍、染料、皮革、合金行業中廣泛應用的重金屬之一。上述工業中含Cr廢水排放、Cr渣排放、以及Cr渣堆滲濾是導致水環境Cr污染的重要原因。Cr在環境中主要以Cr(Ⅵ)和Cr(III)形式存在。其中Cr(Ⅵ)毒性較大，是國際公認的致癌金屬之一。我國“污水綜合排放標準(GB 8978-1996)”中規定Cr(Ⅵ)為第一類污染物，允許排放最高濃度為0.5mg/L。因此，對水環境中Cr(Ⅵ)的處理非常必要。此外，錸(Re)本身不具備環境污染特性，但其物理化學行為與核反應堆主要裂變產物锝(Tc)非常接近，Re(VII)常用于模擬水體中放射性Tc的吸附固定，因此開發水體中Re(VII)的分離固定技術受到人們廣泛關注。

Cr(Ⅵ)和Re(VII)在水體中均以金屬氧酸陰離子形式存在，目前主要的處理方式有沉淀法、吸附法、離子交換法、還原固定法等。上述方法主要不足在于：1.無法選擇性吸附處理Cr(Ⅵ)或Re(VII)。由于環境中的水體內存在多種陰離子，特別是SO₄^2-等具有與CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-、ReO₄^-陰離子類似的結構，沉淀法、吸附法、還原固定法均不能實現對Cr(Ⅵ)或Re(VII)的選擇性吸附；2.存在Cr(Ⅵ)或Re(VII)的吸附-解吸平衡，不能實現有效分離。吸附法、離子交換法存在吸附材料與水體中Cr(Ⅵ)或Re(VII)陰離子的吸附平衡，不能對其實現有效固定。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種對Cr或Re重金屬選擇性吸附，處理效果好的有機無機雜化材料及其制備方法。

本發明提出了先制備了硅烷化二烷基季銨鹽，然后將硅烷化二烷基季銨鹽的有機硅部分與黃鐵礦表面反應，制備了黃鐵礦表面有機季銨鹽陽離子改性的有機無機雜化材料。有機/無機雜化材料選擇性吸附并還原固定Cr(Ⅵ)或Re(VII)的方法：1.選擇性吸附。將硅烷化二烷基季銨鹽通過Si-O鍵固化在黃鐵礦表面，形成了季銨鹽陽離子有機框架結構，通過季銨鹽陽離子正電中心與Cr(Ⅵ)、Re(VII)陰離子的靜電相互作用進行吸附，并通過陽離子有機框架空間結構實現對Cr(Ⅵ)、Re(VII)陰離子的選擇性吸附。2.還原固定。黃鐵礦(FeS₂)可將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)，并以Cr₂S₃的形式固定在雜化材料表面；也可將Re(VII)還原為Re(IV)，并以Re₂S_x的形式固定在雜化材料表面。本發明制備的有機無機雜化材料具有對水環境中Cr(Ⅵ)、Re(VII)選擇性吸附，并還原固定的性能，在治理水環境中Cr(Ⅵ)污染，以及水體中放射性Tc治理方面有良好的應用前景。

本發明所述有機無機雜化材料的特征在于：該雜化材料是硅烷化二烷基季銨鹽與正硅酸乙酯共同水解，在黃鐵礦表面包裹形成的有機無機雜化材料，其結構式如下所示：

其中n＝2或4；

本發明中所述的硅烷化二烷基季銨鹽，具體為雙(3-(三乙氧基硅基)丙基)二乙基氯化銨，或雙(3-(三乙氧基硅基)丙基)二丁基氯化銨。化學結構式如下所示：

其中n＝2或4；

本發明所述有機無機雜化材料的具體制備過程如下：