[發(fā)明專利]一種微孔羧基化硅膠、制備方法及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810358215.9
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108404870B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 孔令濤;李玉蓮;劉錦淮
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發(fā)明公開一種微孔羧基化硅膠、制備方法及其應用，屬于改性硅膠技術領域，該微孔羧基化硅膠為多孔結構，其比表面積為335?350m²/g，孔徑尺寸為1.05?1.25nm；所述微孔羧基化硅膠采用無機硅膠先氨基化，然后進行氨三乙酸表面修飾，氨基羧基酰胺結合而成。本發(fā)明采用硅膠作為材料，先氨基化，然后進行氨三乙酸表面修飾；所用原材料廉價易得，制成廉價高效的硅膠吸附劑，用于處理廢水中的重金屬離子(如鉛、銅、鎘等)，不僅方法簡單易操作，還可回收再利用；最快可在2分鐘內(nèi)可將水環(huán)境中重金屬吸附去除，吸附效率達80％以上。

技術領域

本發(fā)明涉及一種微孔羧基化硅膠、制備方法及其應用，屬于改性硅膠技術領域。

背景技術

重金屬污染是當前水環(huán)境污染領域的突出問題。重金屬鉛、銅、鎘在環(huán)境中的富集直接或間接的影響地球生物的健康生長與生活，如鉛、鎘等可能導致肺部、腎臟、肝臟及生殖器官的損傷。由于它們的高毒性和不可生物降解性，尋求有效的去除水環(huán)境中重金屬污染的方法顯得格外緊迫。

目前，各種處理技術已經(jīng)應用于水中有毒重金屬污染的去除，如離子交換、過濾/化學沉積、溶劑萃取、吸附等。雖然多數(shù)方法已被采用，但是吸附法由于具有低成本效益、通用性、簡單易操作等優(yōu)點，被公認為是一種簡便精確的方法。眾所周知，硅膠是一種潛在的可用于水處理的無機材料。由于其表面富有的羥基基團，可以對硅膠材料硅烷化，利用不同官能團進行表面化學修飾提高材料的吸附去除性能。此外硅膠具有約600m²/g的高比表面積和高熱阻，是一種廉價的吸附材料。

現(xiàn)有中國專利“一種吸附重金屬離子的硅膠吸附劑及其制備方法”(申請?zhí)枮?01410104126.3)，公開了一種N,N-二(膦甲基)雙取代二硫代氨基甲酸官能團化的硅膠吸附劑的制備方法及其對鎘、銅、鎳、鉛等重金屬離子的吸附效果。其制備是先通過二硫化碳與氨基甲膦酸反應后，接枝到表面修飾的硅膠上，再經(jīng)酸化獲得。

螯合劑如氨三乙酸(NTA)被廣泛用作重金屬的提取劑。由于其強大的金屬螯合功能和低成本，氨三乙酸已被用于無機氧化物、生物質(zhì)等多功能化材料，包括殼聚糖、聚胺復合材料、聚苯乙烯、絲光纖維、甘蔗渣、木屑等。結果顯示吸附效率很大程度上受吸附材料的支撐材料影響。現(xiàn)有硅膠吸附材料的吸附選擇性、吸附效率及吸附速率都有所限制。因此，提高這種廉價吸附劑的吸附效率及吸附速率是目前研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種比表面積較大的微孔羧基化硅膠，提高硅膠去除水中重金屬污染的吸附選擇性、吸附效率、吸附速率，解決傳統(tǒng)硅膠對重金屬污染的吸附容量差，難以重復使用的問題。

本發(fā)明同時提供了上述微孔羧基化硅膠的制備方法及其應用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的一種微孔羧基化硅膠，其具有如下結構式：

作為改進，該微孔羧基化硅膠為多孔結構，其比表面積為335-350m²/g，孔徑尺寸為1.05-1.25nm。

另外，本發(fā)明還提供了一種所述微孔羧基化硅膠的制備方法，采用無機硅膠先氨基化，然后進行氨三乙酸表面修飾，氨基羧基酰胺結合而成。

作為改進，所述微孔羧基化硅膠的制備方法，具體包括以下步驟：

1)稱量5-15g無機硅膠與1-5mL偶聯(lián)劑，溶于80-120mL的甲苯溶劑中，于100-120℃油浴條件下，攪拌回流10-20h；

2)待步驟1)反應結束后，將反應產(chǎn)物冷卻、過濾，離心清洗，然后干燥；

3)稱取2.5-5g氨三乙酸與3.5-5g步驟2)中得到的反應產(chǎn)物，溶于250-450mL吡啶溶劑中，于80-100℃油浴條件下，回流攪拌1-5h；