[發明專利]一種用于吸附有機氣體的水鋁英石材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811560843.1
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109569504B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 袁鵬;杜培鑫;鄧亮亮;劉冬
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州地球化學研究所
• 主分類號: B01J20/16
• 分類號: B01J20/16;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 劉明星;朱聰聰

本發明公開了一種用于吸附有機氣體的水鋁英石材料及其制備方法。所述的水鋁英石材料的制備是在鋁硅酸鹽納米礦物水鋁英石的水熱合成過程中，通過置換原料中的硅烷，直接將有機基團引入水鋁英石內表面，從而制備出疏水性的水鋁英石材料。所制備的水鋁英石材料的單顆粒呈空心球狀，其外徑約5nm，內徑約3nm；該材料比表面積和孔容較大，對苯、甲苯和環己烷等有機氣體具有良好的吸附性能。此外，本發明提供的用于吸附有機氣體的水鋁英石材料的制備方法簡單，制備條件溫和，能耗低，無污染，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及有機氣體吸附領域，具體涉及一種用于吸附有機氣體的水鋁英石材料及其制備方法。

背景技術

有機氣體是一類常見的大氣污染物，它們主要來源于化石燃料的燃燒、汽車尾氣的排放、建筑及裝修材料中有機溶劑的揮發等。大多數有機氣體具有刺激性和毒性，可致癌、致畸、致突變，還可充當光化學煙霧的前驅體，對環境和人類健康危害嚴重。目前，有機氣體的治理方法主要包括吸附法、燃燒法、生物法和光催化降解法等。其中，吸附法由于工藝成熟，能耗低，去除效率高等優點，應用最廣泛，也最經濟有效。

吸附劑是吸附法應用的關鍵。納米空心球材料由于具有豐富的微孔、較高的比表面積和較大的孔容等特殊的結構和性質，近年來被應用于吸附甲醛、丙酮和乙醚等有機氣體。然而，復雜的制備流程和高昂的經濟成本制約著納米空心球材料在有機氣體吸附領域的實際應用。因此，亟需尋找制備工藝簡單、價格低廉的納米空心球材料。

水鋁英石(1～2SiO₂·Al₂O₃·5～6H₂O)是一種天然礦物，屬于低結晶度的納米空心球狀鋁硅酸鹽礦物。它廣泛產出于土壤等多種地質環境中，在我國有著豐富的儲量；同時，也可通過簡單的水熱反應進行制備，是目前僅有的可通過水熱法進行批量合成的單壁納米空心球材料。

水鋁英石由一層卷曲的似三水鋁石片構成外部骨架，骨架內側的鋁羥基被原硅酸基團或其低聚體取代。其空心球外徑約5.0nm，球壁厚度約0.7～1.0nm，球壁上分布著直徑約0.35nm的孔洞。水鋁英石豐富的微孔以及高的比表面積(約為幾百至一千平方米每克)使其對廢水中的重金屬離子(如鉛離子、鎘離子等)和各種陰離子(如氟離子、磷酸根、砷酸根等)具有良好的吸附性。然而，水鋁英石表面含有大量的羥基(包括外表面的鋁羥基和內表面的硅羥基)，呈現出較強的親水性，這顯著降低了其對有機氣體分子，尤其是疏水性有機氣體分子(如苯、甲苯等)的親和性。研究表明，通過對吸附劑進行硅烷化改性，使其表面由親水性轉變為疏水性，能夠顯著提升其對有機氣體分子的吸附性。然而，由于水鋁英石顆粒非常細小且球壁上的孔洞極其細微，通過普通的硅烷化改性方法難以改善其表面的疏水性以提高其對有機氣體的吸附性能。

中國發明專利《一種通過超聲制備有機無機雜化中空納米球的方法》(專利號：106317425A)通過超聲法制備了一種有機-無機雜化中空納米球。該納米球是將水、pH調節劑、硅烷偶聯劑和油相混合后超聲處理，加入自由基引發劑引發聚合反應，然后洗滌得到。該材料殼層由含硅聚合物構成，且帶有雙鍵聚合后的有機鏈段部分，為有機-無機雜化結構，兼具親水和親油的特性。然而，該材料制備方法屬于界面乳液聚合法，需要用到帶雙鍵的硅烷偶聯劑、乙酸異戊酯等酯類(油相)和自由基引發劑，生產成本較高，且易造成污染。另外，所得中空納米球材料的粒徑為亞微米級(100nm以上)，限制了其在真正納米尺度(0.1～100nm)上的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服納米空心球材料制備工藝復雜，價格高昂，以及水鋁英石納米空心球材料親水性強且表面難以改性的缺點，提供一種用于吸附有機氣體的水鋁英石材料及其制備方法。本發明的用于吸附有機氣體的水鋁英石材料不但具有獨特的納米空心球狀結構、豐富的微孔和較高的比表面積，而且其內表面含有有機基團，疏水性較強。同時，所制備的水鋁英石材料對苯、甲苯和環己烷等有機氣體具有良好的吸附性能。