[發明專利]一種咪唑啉基周期性介孔有機氧化硅的陽離子吸附劑的制備方法

在審

• 申請號: 202010945869.9
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112058240A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 吳玲;冒嘉順;謝實雨
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/38
• 代理公司: 杭州潤淶知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33358
• 代理人: 李磊

本發明公開了一種咪唑啉基周期性介孔有機氧化硅的陽離子吸附劑的制備方法，具體包括以下步驟：(1)高純度的氯化N,N?二[3?(三乙氧硅烷基)丙基]咪唑啉離子液體硅酸酯(IML?Si)的合成；(2)IML?Si與硅酸四乙酯(TEOS)為共同硅源，調節IML?Si在總硅源中的占比合成系列不同比表面積、有序度和陽離子位點數的孔材料。本發明制備的陽離子吸附劑對水中陰離子染料剛果紅具有很好的選擇性吸附，對剛果紅的最大飽和吸附量達到了1135mg/g，并且吸附速率極快，在22min內即可達到吸附平衡。

技術領域

本發明涉及廢水處理技術領域，具體涉及一種咪唑啉基周期性介孔有機氧化硅的陽離子吸附劑的制備方法。

背景技術

在人類文明快速發展的今天，吃、穿、住、用、行越來越方便，但與此同時，環境卻遭到了極大的破壞，尤其是水質污染特別嚴重，以廢棄染料對水的污染為例，目前有100000種，每年有700000噸的染料被制造出來用于皮革制造、印染、油漆、塑料等方面；這些染料如果直接排入河流、湖泊等水體系，不僅會改變水體顏色造成人們視覺上的恐懼，還會影響水對于陽光的吸收和反射，從而影響水中細菌的生長；并且現在應用的染料一般都是有機染料，其微量的存在就會對人體產生比較大的危害，尤其是像剛果紅這樣的偶氮染料，其偶氮基團會被代謝為有致癌作用的聯苯胺，因此必須對于染料廢水實行處理之后再排放。目前對于染料廢水的處理方法有化學法、物理法、生物法、超聲法、光催化法等，其中物理方法中的吸附法因其具有廉價、方便、快捷、實用等特點而被廣泛使用；目前商業化的吸附劑是活性炭吸附劑，但因其對大分子有機染料吸附容量低、不具有選擇性、且重復利用性能不好而使其使用受到限制，所以開發一種穩定、吸附容量大、選擇性高、可重復利用性能好的吸附劑是目前水處理的關鍵。

現如今使用硅材料作為吸附劑對水中的染料分子進行處理已經有很多研究，但一般的介孔二氧化硅因其表面含有豐富的硅羥基使其雖然在氣體吸附方面具有不錯的表現，但在吸附水中污染物時卻因為表面大量存在的硅羥基更加親水而吸附效果并不理想；近些年來一些研究者通過結合表面活性劑、后嫁接等方法對介孔二氧化硅進行改性以增加其水中污染物的吸附能力，周期性介孔有機氧化硅作為一種新型的介孔有機無機雜化材料，含有中間橋連有機基團的硅前體相比于硅酸四乙酯、硅酸四甲酯大大改變了介孔硅材料的表面性能，并且周期性介孔有機硅擁有比表面積大，孔徑可調、孔道有序、有機基團分布均勻等特點，可通過改變中間橋連的有機基團使其作為水中染料的吸附劑時具有良好的吸附性能；中間橋連基團如果帶有某些特定的吸附位點，也必將對某一類材料有較高的吸附效果和選擇性，因此本發明中通過調節周期性介孔有機氧化硅孔壁上陽離子位點促進其對陰離子染料吸附。

發明內容

為了解決目前商業化的活性炭吸附劑孔道較小，對大分子的有機染料吸附容量有限，且較難進行功能修飾，導致選擇性較差等問題，本發明提供一種咪唑啉基周期性介孔有機氧化硅的陽離子吸附劑的制備方法，以咪唑啉基離子液體硅酸酯IML-Si與硅酸四乙酯TEOS共同作為硅源，保持硅源總摩爾數一致，調節IML-Si在總硅源中的占比，以溶膠凝膠法合成了系列陽離子型的周期性介孔有機氧化硅，通過調控IML-Si的含量，調節孔壁中陽離子位點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種咪唑啉基周期性介孔有機氧化硅的陽離子吸附劑的制備方法，所述制備方法由以下步驟(1)咪唑啉離子液體硅酸酯(IML-Si)的合成和步驟(2)咪唑啉周期性介孔有機氧化硅(IML-PMO)的合成組成：

(1)咪唑啉離子液體硅酸酯(IML-Si)的合成

將氯丙基三乙氧基硅烷和氯化1-[3-(三乙氧基硅基)丙基]咪唑啉同時放入完全干燥的圓底燒瓶中，然后置于一定溫度的油浴鍋中在氮氣氛圍下攪拌反應，冷卻至室溫，得到棕黃色的油狀液體即為IML-Si，產率98％；

(2)咪唑啉周期性介孔有機氧化硅(IML-PMO)的合成