[發明專利]一種重金屬離子吸附劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010071684.X
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111250047A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 杜玉成;靳翠鑫;李楊;牛炎;王學凱;谷恒學;李生輝
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 陳征

本發明涉及一種吸附劑，尤其涉及一種重金屬離子吸附劑及其制備方法與應用；所述重金屬離子吸附劑的制備方法，以硅藻土和硅烷偶聯劑為原料，經脫水縮合反應；其中，所述硅烷偶聯劑為3?氨基丙基三乙氧基硅烷或3?巰基丙基三甲氧基硅烷；該方法重復性好、穩定性佳，操作簡單，成本低；通過上述方法制得的重金屬離子吸附劑同時具有豐富的表面官能團、以及微米尺度的多孔基體，在保留了硅藻土完整的納米結構的基礎上進一步使其表面具有豐富的官能團；該吸附劑在水處理領域具有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種吸附劑，尤其涉及一種重金屬離子吸附劑及其制備方法與應用。

背景技術

含有重金屬離子廢水的排放，嚴重污染環境，危害人體健康；水污染問題已引起水處理領域研究人員的重點關注；開發低成本，可規模化生產、使用的重金屬離子吸附材料，是本領域人員亟需解決的技術難題。

天然多孔礦物硅藻土表面含有豐富的硅羥基、均勻的孔道結構，是優良的重金屬離子吸附材料；但其比表面積有限，可參與反應的活性位點有限，使得吸附效能不理想。

有機材料表面含有豐富的官能團，可與多種重金屬離子發生絡合作用，可顯著增加材料的反應位點，進而提高吸附效能；已有的研究表明，有機材料的多種有機官能團對于重金屬離子有良好的親和性。但單一使用有機材料作為重金屬離子吸附材料，會導致后續處理困難，導致對水環境產生二次破壞。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種重金屬離子吸附劑的制備方法；該方法采用含豐富表面官能團的硅烷偶聯劑與天然多孔礦物材料硅藻土進行有機結合，得到的重金屬離子吸附劑具有豐富的官能團、以及微米尺度的多孔基體。

具體而言，所述重金屬離子吸附劑的制備方法，以硅藻土和硅烷偶聯劑為原料，經脫水縮合反應；

其中，所述硅烷偶聯劑為3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)或3-巰基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)。

本發明采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷為-NH₂源、3-巰基丙基三甲氧基硅烷為-SH源，硅烷偶聯劑醇解形成的Si-OH與硅藻土表面的Si-OH發生脫水縮合反應，使得-NH₂、-SH接枝于硅藻土表面；在保證硅藻土的納米結構完整的情況下進一步使其表面官能團化；即降低合成成本、又提高合成效率。

作為優選，所述硅藻土與所述硅烷偶聯劑的質量比為1：0.8～1.8。

作為本發明的較佳技術方案，所述硅藻土與所述硅烷偶聯劑的質量比為1：0.86或1：1.72。

作為優選，所述脫水縮合反應在pH為2～6的條件下進行。

作為優選，所述脫水縮合反應在40～80℃下進行12～24h；

作為本發明的較佳技術方案，所述脫水縮合反應在40℃下進行12h。

作為優選，所述硅藻土預先經堿溶液進行活化處理。

作為優選，所述制備方法包括如下步驟：

(1)用堿溶液對硅藻土的表面進行活化處理；

(2)將經活化處理的硅藻土加入溶劑中，制得硅藻土懸浮液；

(3)將硅烷偶聯劑加入所述硅藻土懸浮液中，調節體系pH至2～6，在40～80℃進行脫水縮合反應12～24h。

作為優選，所述溶劑選自甲苯、甲醇、乙醇中的一種；所述硅藻土與所述溶劑的固液比為1：45～55(g/mL)。

作為本發明的較佳技術方案，所述硅藻土與所述溶劑的固液比為1：50(g/mL)。