[發明專利]一種苯基負載的KIT?6介孔硅材料及其制備和應用

在審

• 申請號: 201710733199.2
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107469776A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 李俊華;劉帥;彭悅;陳建軍;胡方云
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于有機無機復合多孔材料、吸附材料及其制備技術領域，涉及化工和環保行業中干燥或高濕度條件下苯系VOCs的吸附凈化，特別涉及一種KIT-6介孔硅的制備方法及吸附VOCs方面的應用。

背景技術

大氣中的人為源揮發性有機物(VOCs)主要來源于石化、油品運輸、印刷和建材裝飾等行業，可直接被人體吸入，以及與NO_x發生光化學反應形成二次氣溶膠和O₃，嚴重危害了人類的生存環境，因此VOCs的治理是目前環保領域最為重要的研究熱點之一。在常見的VOCs治理方法中，固體吸附法具有易操作、可回收、低能耗低花費的優勢，廣泛應用于VOCs的去除。活性炭是最常見的吸附劑，然而大多數氣氛條件下都含有一定會程度的水分，活性炭的親水性限制了其在高濕度條件(RH>40％，25℃)下VOCs的吸附應用。

KIT-6是一種三維有序介孔硅材料，具有高的比表面積、高孔容和熱穩定性良好等特點，并且KIT-6具有連通的介孔孔道，易于修飾疏水有機基團，可以此解決高濕度VOCs吸附這一重大難題。目前，有研究者通過后嫁接法在多種介孔硅表面嫁接苯基，然而僅在低濕度(RH＝13％，25℃)條件下具有一定的疏水性能，這是由于后嫁接法嫁接的苯基數量過多容易在孔道中形成堵塞，故苯基嫁接數量的限制同樣也是提高材料吸附性能的限制。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種KIT-6介孔硅的制備方法及吸附VOCs方面的應用，采用共縮聚法一步合成苯基負載的KIT-6，該吸附劑在高濕度條件下具有高VOCs吸附容量和高疏水性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種苯基負載的KIT-6介孔硅材料，在KIT-6介孔硅材料表面均勻修飾有硅苯基基團，比表面積為700～1000m²/g，孔容為0.4～1.1cm³/g，孔徑為2～10nm,干燥條件下甲苯吸附容量為1.5～2.1mmol g^-1，濕條件下的甲苯吸附容量為0.3～1.5mmol g^-1，疏水性值(Q_wet/Q_dry)為10％～80％。

本發明還發明了該苯基負載的KIT-6介孔硅材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將一定量的嵌段共聚物P123溶于鹽酸溶液，加入與P123等質量的正丁醇，攪拌；

(2)保持硅元素總摩爾數不變，按照含苯基的有機硅源與正硅酸乙酯的摩爾比1：(6～36)的比例將二者加入鹽酸溶液，攪拌；

(3)緩慢將步驟(2)中的均勻混合液逐滴加入步驟(1)所得的混合液中，攪拌后，進行水熱反應，僅過濾不清洗，得到白色沉淀物；

(4)將步驟(3)所得的沉淀物置于150～200℃的烘箱中加熱，得到白色粉末物，用鹽酸的乙醇溶液清洗2次，再用去離子水清洗、過濾、烘干，即得到苯基負載的KIT-6介孔硅材料。

所述步驟(2)中，含苯基的有機硅源與正硅酸乙酯的摩爾比為1:6、1:12、1:18或1:36，優選1:6。

所述步驟(2)中，苯基的有機硅源是苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、三苯基乙氧基硅烷中的任何一種。

所述步驟(3)中，步驟(2)的均勻混合液與步驟(1)所用鹽酸溶液等量，且所得混合液中各物質的摩爾比為P123:有機/無機總硅源:正丁醇:HCl:H₂O＝0.017:1:1.33:1.83:195。

所述步驟(1)中，在35～40℃的溫度下攪拌4h；

所述步驟(2)中，在35～40℃的溫度下攪拌3h；

所述步驟(3)中，攪拌20h，水熱反應條件為100℃，24h；

所述步驟(4)中，沉淀物于150～200℃的烘箱中加熱5h。

該苯基負載的KIT-6介孔硅材料可應用于干燥或者高濕度條件下吸附VOCs。包括苯、甲苯和二甲苯等苯系物。

吸附過程的條件為：相對濕度40％～80％，溫度25℃。

具體的地：測試氣氛為100mL/min的含1000ppm甲苯濃度的氮氣流，空速為60000mL/(g h)，溫度為25℃，含水吸附過程的相對濕度是60％。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：