專利名稱：一種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
纖維素(Cellulose)是自然界中廣泛存在的可再生材料，具有成本低廉、容易降解對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)。纖維素(cellulose)由葡萄糖組成的大分子多醣，分子中具有大量的羥基集団，是ー種潛在的選擇性吸附材料。ZL 200410019876. 7公開了ー種載鐵球形纖維素吸附劑及其制備方法，采用球形 纖維素為載體，具高吸附活性的鐵的氫氧化物為吸附活性中心可以去除飲用水源中的神、氟和其他重金屬。ZL 200610050833. 4公開了ー種網(wǎng)絡(luò)狀大孔結(jié)構(gòu)纖維素吸附與轉(zhuǎn)印膜的制備方法，將纖維素溶于有機(jī)溶劑中，加入添加劑和非溶劑水得到纖維素制膜液；將制膜液用刮刀刮在潔凈平整的玻璃板上自然揮發(fā)溶劑，直至固化成多孔膜。該發(fā)明纖維素形成的孔為微米級(jí)孔隙，本發(fā)明與該技術(shù)相比，由于吸附劑中的纖維素形成了納米孔隙結(jié)構(gòu)，具有更大的吸附比面積，因此具有更好的吸附性。ZL 200710023487. 5公開了ー種基于纖維素的吸附材料的制備方法，將纖維素用氫氧化鈉溶液堿化后，與丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧こ基三甲基氯化銨聚合得到纖維素吸附齊U，結(jié)果表明對(duì)金屬離子具有良好的吸附性。本發(fā)明與該技術(shù)相比，由于吸附劑中的纖維素形成了納米介孔結(jié)構(gòu)，具有更大的吸附比面積，因此具有更好的吸附性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供一種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑及其制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是.ー種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附齊U，其特征在于所述的氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑由纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液及表面活性劑溶液為原料制備而成，其中，纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液由纖維素、氧化硅前驅(qū)體、氫氧化鈉、尿素、水和こ醇制備而成；其纖維素和氧化硅重量比為O. 05 1 O. 25 1 ;纖維素和氧化娃前驅(qū)體氫氧化鈉尿素水こ醇重量比為O. 02 O. 2 :0. 02 O. I O. 0Γ0. 04 0.31 ;氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑中氧化硅和纖維素具有雙連續(xù)的介孔結(jié)構(gòu)、氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑比表面125-180m2/g、孔徑分布為3. 5-5. 5nm。具體制備步驟為
O制備纖維素和氧化娃前驅(qū)體混合溶液逐步將氫氧化鈉、尿素、纖維素加入水中，回流4-6小時(shí)后冷卻至室溫，加入こ醇攪拌1-2小時(shí)，纖維素和氧化硅前驅(qū)體比例按纖維素和氧化硅重量比O. 05 1 O. 25 1添加；纖維素和氧化硅前驅(qū)體氫氧化鈉尿素水こ醇重量比為 O. 02 O. 2 0. 02 O. I 0. 01 O. 04 0. 3 1 ；
2)表面活性劑溶液的制備將表面活性劑和水加入こ醇中，攪拌O. 5^1小時(shí)獲得，表面活性劑水こ醇重量比O. 0Γ0. I 0. 3 :1，且水和こ醇用量與步驟I)相同；3)氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑將步驟2)制備的表面活性劑溶液徐徐加入至步驟I)制備的纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液中，室溫下攪拌I 2小時(shí)，然后置于培養(yǎng)皿中，在干燥箱中35°C 45°C下靜置7 10天以揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，然后在溫度60_150°C熱處理I 2小時(shí)，得到白色粉末狀物質(zhì)；然后將白色粉末狀物質(zhì)在O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡
O.5小時(shí)使步驟I)中纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素；然后在質(zhì)量倍數(shù)為再生為纖維素10倍的こ醇中回流2小時(shí)超臨界萃取去除表面活性剤，40-100°C干燥I小時(shí)后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑。本發(fā)明的氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備方法中，所述的氧化硅前驅(qū)體為正硅酸こ酷、四甲氧基硅烷中的任意ー種。本發(fā)明的氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備方法中所述的纖維素為聚合度 300-600的粘膠纖維、棉漿、木漿、蘆葦漿中的任意ー種或任意ニ種以上的混合。本發(fā)明的氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備方法中，所述的表面活性劑為非離子表面活性劑F108、F127 (聚氧こ烯/聚氧丙烯聚合)，P123、P56 (聚環(huán)氧こ烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧こ烯醚三嵌段聚合物)中的任意ー種。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
O纖維素是ー種廉價(jià)的、可再生的原材料，因此本發(fā)明所制備的吸附劑成本低廉。2)所制備的氧化硅與/纖維素納米復(fù)合吸附劑具有非常高的表面積和很強(qiáng)的吸附能力。制備過(guò)程中纖維素在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)生成纖維素氨基甲酸酷，可以與氧化硅前驅(qū)體水解生成的低聚物通過(guò)氫鍵自組裝的方式形成單分散的超分子結(jié)構(gòu)，并在表面活性劑作用下形成高度分散的有序納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮體系中各組分的吸附性。ZL 200610050833. 4的纖維素形成的孔為微米級(jí)孔隙，本發(fā)明由于吸附劑中的纖維素形成了納米孔隙結(jié)構(gòu)，具有更大的吸附比面積，因此具有更好的吸附性。ZL 200710023487. 5得到纖維素吸附劑，結(jié)果表明對(duì)金屬離子具有良好的吸附性。本發(fā)明由于吸附劑中的纖維素形成了納米介孔結(jié)構(gòu)，具有更大的吸附比面積，因此具有更好的吸附性。3)氧化硅表面的羥基基團(tuán)和纖維素表面的氫鍵、羥基基團(tuán)使氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑可以選擇性吸附醛類、酚類物質(zhì)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例1-4中氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的孔徑分布圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)ー步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例I
氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備
I)逐步將40克氫氧化鈉、20克尿素、16克聚合度DP=400的木漿纖維素、222. 4克正硅酸こ酯加入到120克水中，回流4小時(shí)后冷卻至室溫，加入400克こ醇攪拌I小時(shí),獲得纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液；2)將40克非離子表面活性劑F108和120克水加入400克こ醇中，攪拌O.5小時(shí)獲得表面活性劑溶液；
3)將步驟2)的表面活性劑溶液徐徐加入到步驟I)的纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液中，室溫下攪拌I小時(shí)，然后置于培養(yǎng)皿中，在干燥箱中35°C下靜置7天以揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，然后在溫度60°C熱處理I小時(shí)，得到白色粉末狀物質(zhì)；然后將白色粉末狀物質(zhì)在O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素,然后在840克(質(zhì)量倍數(shù)為再生纖維素10倍)こ醇中回流2小時(shí)超臨界萃取去除表面活性剤，40°C干燥I小時(shí)后獲得氧化硅/纖維素納米復(fù)合吸附劑，其比表面積為125m2/g、平均孔徑為3. 5nm。實(shí)施例2
氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備
1)逐步將8克氫氧化鈉、4克尿素、O.38克聚合度DP=400的蘆葦漿纖維素、19. 28克正硅酸甲酯加入到120克水中，回流6小時(shí)后冷卻至室溫，加入400克こ醇攪拌2小時(shí)，獲得纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液；
2)將4克非離子表面活性劑F127和120克水加入400克こ醇中，攪拌I小時(shí)獲得表面活性劑溶液；
3)將步驟2)的表面活性劑溶液徐徐加入到步驟I)的纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液中，室溫下攪拌2小時(shí)，然后置于培養(yǎng)皿中，在干燥箱中45°C下靜置10天以揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，然后在溫度150°C熱處理2小時(shí)，得到白色粉末狀物質(zhì)；然后將白色粉末狀物質(zhì)在O. 5摩爾/升硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素,然后在80克(質(zhì)量倍數(shù)為再生纖維素10倍)こ醇中回流2小時(shí)超臨界萃取去除表面活性剤，100°C干燥I小時(shí)后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑，其比表面積為180m2/g、平均孔徑為
5.Onm0實(shí)施例3
氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備
I)逐步將30克氫氧化鈉、10克尿素、8. 3克聚合度DP=600的棉漿纖維素、105. 7克正硅酸甲酯加入150克水，回流5小時(shí)后冷卻至室溫，加入500克こ醇攪拌I. 4小時(shí)，獲得纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液。2)將30克非離子表面活性劑P123和150克水加入500克こ醇中，攪拌O. 8小時(shí)
獲得表面活性劑溶液。3)將步驟2)的表面活性劑溶液徐徐加入到步驟I)的纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液中，室溫下攪拌I. 5小時(shí)，然后置于培養(yǎng)皿中，在干燥箱中40°C下靜置9天以揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，然后在溫度90°C熱處理I. 5小時(shí)，得到白色粉末狀物質(zhì)；然后將白色粉末狀物質(zhì)在O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 8小時(shí)使纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素，然后在500克こ醇中回流2小時(shí)超臨界萃取去除表面活性剤，60°C干燥I小時(shí)后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑，其比表面積為153m2/g、平均孔徑為4. I nm。實(shí)施例4
氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備
I)逐步將23克氫氧化鈉、8克尿素、3克DP=600的棉漿纖維素、4克DP=300的粘膠纖維、84克正硅酸甲酯加入150克水，回流4小時(shí)后冷卻至室溫，加入500克こ醇攪拌2小吋，獲得纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液。2)將40克非離子表面活性劑P56和150克水加入500克こ醇中，攪拌I小時(shí)獲
得表面活性劑溶液。3)將步驟2)的表面活性劑溶液徐徐加入到步驟I)的纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液中，室溫下攪拌I小時(shí)，然后置于培養(yǎng)皿中，在干燥箱中42°C下靜置7天以揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，然后在溫度100°C熱處理2小時(shí)，得到白色粉末狀物質(zhì)；然后將白色粉末狀物質(zhì)在O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 8小時(shí)使纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素,然后在401克こ醇中回流2小時(shí)超臨界萃取去除表面活性剤，65°C干燥I小時(shí)后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑，其比表面積為162m2/g、平均孔徑為4. 5nm。本發(fā)明制備過(guò)程中各原料配比的上限、下限值以及區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及 纖維素、氧化硅前驅(qū)體、表面活性劑各自的具體原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑，其特征在于所述的氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑由纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液及表面活性劑溶液為原料制備而成，其中，纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液由纖維素、氧化硅前驅(qū)體、氫氧化鈉、尿素、水和こ醇制備而成；其纖維素和氧化娃重量比為O. 05 1 O. 25 1 ;纖維素和氧化娃前驅(qū)體氫氧化鈉尿素水こ醇重量比為O. 02 O. 2 :0. 02 O. I :0. 01 O. 04 0. 3 1 ;氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑中氧化硅和纖維素具有雙連續(xù)的介孔結(jié)構(gòu)、氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑比表面125-180m2/g、孔徑分布為 3. 5-5. 5nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟 O制備纖維素和氧化娃前驅(qū)體混合溶液逐步將氫氧化鈉、尿素、纖維素加入水中，回流4-6小時(shí)后冷卻至室溫，加入こ醇攪拌1-2小時(shí)，纖維素和氧化硅前驅(qū)體比例按纖維素和氧化硅重量比O. 05 :1 O. 25 :1添加；纖維素和氧化硅前驅(qū)體氫氧化鈉尿素水こ醇重量比為 O. 02 O. 2 0. 02 O. I 0. 01 O. 04 0. 3 1 ； 2)表面活性劑溶液的制備將表面活性劑和水加入こ醇中，攪拌O.5^1小時(shí)獲得，表面活性劑水こ醇重量比O. 0Γ0. I 0. 3 :1，且水和こ醇用量與步驟I)相同； 3)氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑將步驟2)制備的表面活性劑溶液徐徐加入至步驟I)制備的纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液中，室溫下攪拌I 2小時(shí)，然后置于培養(yǎng)皿中，在干燥箱中35°C 45°C下靜置7 10天以揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，然后在溫度60-150°C熱處理I 2小時(shí)，得到白色粉末狀物質(zhì)；然后將白色粉末狀物質(zhì)在O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使步驟I)中纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素；然后在質(zhì)量倍數(shù)為再生為纖維素10倍的こ醇中回流2小時(shí)超臨界萃取去除表面活性剤，40-100°C干燥I小時(shí)后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于所述的氧化硅前驅(qū)體為正硅酸こ酷、四甲氧基硅烷中的任意ー種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的所述的ー種氧化硅/纖維素納米復(fù)合吸附劑制備方法，其特征在于所述的纖維素為聚合度300-600的粘膠纖維、棉漿、木漿、蘆葦漿中的任意ー種或任意ニ種以上的混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑為非離子表面活性劑F108、F127、P123、P56中的任意ー種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑及其制備方法。該氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑中氧化硅和纖維素具有雙連續(xù)的介孔結(jié)構(gòu)、比表面125-180m2/g、孔徑分布為3.5-5.5nm。本納米復(fù)合吸附劑的制備中，由氧化硅前驅(qū)體和纖維素前驅(qū)體在表面活性劑的作用下通過(guò)多相自組裝方式形成雙連續(xù)的介孔結(jié)構(gòu)，然后水解表面活性劑和無(wú)機(jī)氧化物前驅(qū)體的混合物，在35～45℃溶劑揮發(fā)的誘導(dǎo)作用力下形成有序結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過(guò)超臨界萃取去除表面活性劑，60-150℃干燥后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑。本發(fā)明制備的氧化硅與纖維素納米復(fù)合吸附劑具有比表面大，具有良好的物理吸附特性，并選擇性吸附醛類、酚類物質(zhì)。
文檔編號(hào)B01J20/26GK102658094SQ20121013511
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者李道喜, 李雅明, 湯煉, 王云波 申請(qǐng)人:湖北天思科技股份有限公司