一種提高介孔分子篩吸附重金屬效能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于重金屬污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高介孔分子篩吸附重金屬效能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市的擴(kuò)大和大規(guī)模工業(yè)的發(fā)展，大氣、土壤、水環(huán)境中存在的重金屬污染日益增加。重金屬污染是水污染的主要問題之一，礦山開采、金屬冶煉、化工生產(chǎn)廢水、施用農(nóng)藥化肥和生活垃圾等人為污染，以及地質(zhì)侵蝕、風(fēng)化等天然因素均能導(dǎo)致重金屬以各種形式進(jìn)入水體。由于重金屬具有毒性大、在環(huán)境中不易被代謝、易被生物富集并有生物放大效應(yīng)等特點(diǎn)，使得水環(huán)境的重金屬污染嚴(yán)重威脅水生生物的生存和人類健康。因此，水環(huán)境中重金屬污染控制已成為關(guān)系到環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展和居民生活水平提高的重要問題。
[0003]吸附技術(shù)因其簡(jiǎn)單低耗、無化學(xué)藥品投加成為研究者公認(rèn)的重金屬去除技術(shù)，研究人員開發(fā)出了多種吸附材料。其中，硅基介孔分子篩因其具有可控的結(jié)構(gòu)形貌、和良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)備受青睞。然而，硅基介孔分子篩屬于無機(jī)材料，對(duì)重金屬離子吸附效能不佳。因此，研究適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ岣吖杌榭追肿雍Y對(duì)重金屬的吸附性能對(duì)拓展硅基介孔分子篩在重金屬污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決硅基介孔分子篩對(duì)重金屬吸附效能低的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)重金屬的選擇性分離，本發(fā)明提供了一種提高硅基介孔分子篩吸附重金屬效能的方法。
[0005]具體的，該方法包括如下步驟:包括如下步驟:將保留模板劑的硅基介孔分子篩投入到含重金屬的水中，投入量為0.5?1.5g/L，調(diào)節(jié)pH為中性，常溫震蕩2?4h，將分子篩從水中分離實(shí)現(xiàn)重金屬污染物去除。
[0006]其中，所述的保留模板劑的硅基介孔分子篩采用如下方法制備得到:向水中加入季銨鹽表面活性劑，用量為2?8g/L，充分溶解后依次加入乙醇和氨水，用量分別為200?300mL/L和50?100mL/L，混勻，攪拌下加入正硅酸乙酯，用量為10?30mL/L，進(jìn)行脫水縮合反應(yīng)，陳化12?36h，分離，洗滌得到到白色沉淀物，烘干，研磨即可。
[0007]其中，所述的季銨鹽表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基溴化銨。
[0008]其中，所述的脫水縮合反應(yīng)時(shí)間為15?30min。
[0009]其中，所述的陳化時(shí)間為10?30h。
[0010]其中，所述的重金屬為銅、鎘、鋅或鉛。
[0011]本發(fā)明方法原理如下:通過保留硅基介孔分子篩合成過程中所使用的模板劑季銨鹽陽離子表面活性劑，在介孔孔道內(nèi)形成以季銨鹽陽離子表面活性劑的陽離子端為主的陽離子界面層，進(jìn)而通過陽離子界面層結(jié)合水中的陰離子提高硅基介孔分子篩對(duì)重金屬離子的吸附效能。
[0012]本發(fā)明不涉及化學(xué)藥品消耗、能源消耗，是一種環(huán)境友好的材料性能調(diào)控方法，較采用化學(xué)改性等方法提高硅基介孔分子篩對(duì)重金屬吸附性能具有明顯優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0013]圖1是保留模板劑硅基介孔分子篩的結(jié)構(gòu)表征:圖A和B分別為不含模板劑和含有模板的硅基介孔分子篩劑的掃描電鏡圖；圖C為材料的X射線衍射圖，含有模板和不含模板劑的硅基介孔分子篩劑分別記為C16-MCM-41和MCM-41 ;圖D為材料的紅外光譜圖，含有模板和不含模板劑的硅基介孔分子篩劑分別記為C16-MCM-41和MCM-41。
[0014]圖2保留模板劑硅基介孔分子篩內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3采用本方法對(duì)硅基介孔分子篩吸附典型重金屬性能提高效果圖，即含模板劑硅基介孔分子篩C16-MCM-41 (.)和不含模板劑硅基介孔分子篩MCM-41 ( O )對(duì)重金屬Cu2+的吸附效能對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1分子篩的制備
[0017]本實(shí)施方式中模板劑以十六烷基三甲基溴化銨為例，但模板劑不受限于此例。
[0018]向700mL水中加入6g的季銨鹽表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，依次加?50mL乙醇和SOmL氨水，充分混勻后，攪拌下加入入20的正硅酸乙酯進(jìn)行脫水縮合反應(yīng)20min，陳化24h后對(duì)分離、洗滌所得白色沉積物，烘干后研磨制得保留模板劑的娃基介孔分子篩，并取部分樣品在540°C下煅燒6h，制得不含模板劑的娃基介孔分子篩。材料表征見圖1，材料結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。如圖1A和IB所示，所合成的材料呈現(xiàn)出300nm直徑的球形顆粒；如圖1C示，所合成的材料呈現(xiàn)出四個(gè)小角度X射線衍射峰，說明材料具有良好的介孔結(jié)構(gòu)特征；如圖1D示，所合成材料的紅外光譜現(xiàn)實(shí)未經(jīng)煅燒的分子篩呈現(xiàn)出烷基吸收峰(2920，2851和1474cm1)，說明模板劑成功保留在分子篩內(nèi)部。所合成的分子篩內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，內(nèi)部孔道的硅基骨架呈六棱柱形。
[0019]實(shí)施例2吸附實(shí)驗(yàn)
[0020]本實(shí)施方式中含模板劑硅基介孔分分子篩以采用十六烷基三甲基溴化銨制備的分子篩為例，重金屬以Cu2+為例，但模板劑和重金屬種類不受限于此例。
[0021]通過吸附實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證保留模板劑對(duì)硅基介孔分分子篩吸附重金屬性能的提高效果。分別稱取上述兩種分子篩0.02g置于50mL玻璃離心管中，依次加入30mL蒸餾水和一定體積的重金屬離子代表Cu'最終調(diào)節(jié)體系體積為32mL并調(diào)節(jié)pH為中性后，常溫震蕩2小時(shí)達(dá)到吸附平衡。取樣測(cè)定Cu2+殘留量，評(píng)價(jià)材料的吸附性能，從而驗(yàn)證采用保留模板劑方式提高硅基介孔分子篩吸附重金屬的效果，效果對(duì)比見附圖3。結(jié)果表明:隨初始Cu2+濃度的增加，平衡吸附量Qe不斷增加，當(dāng)初始濃度增加到一定值時(shí)，平衡吸附量穩(wěn)定在一個(gè)固定的值，即飽和吸附量。對(duì)比含有模板劑和不含有模板劑的硅基介孔分子篩，保留模板劑的分子篩具有更高的飽和吸附量，說明保留模板劑能夠顯著提高硅基介孔分子篩對(duì)重金屬Cu2+的吸附效能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高介孔分子篩吸附重金屬效能的方法，其特征在于:包括如下步驟:將保留模板劑的硅基介孔分子篩投入到含重金屬的水中，投入量為0.5?1.5g/L，調(diào)節(jié)pH為中性，常溫震蕩2?4h，將分子篩從水中分離實(shí)現(xiàn)重金屬污染物去除。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的保留模板劑的硅基介孔分子篩采用如下方法制備得到:向水中加入季銨鹽表面活性劑，用量為2?8g/L，充分溶解后依次加入乙醇和氨水，用量分別為200?300mL/L和50?100mL/L，混勻，攪拌下加入正娃酸乙酯，用量為10?30mL/L，進(jìn)行脫水縮合反應(yīng)，陳化12?36h，分離，洗滌得到到白色沉淀物，烘干，研磨即可。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述的季銨鹽表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基溴化銨。4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于:所述的脫水縮合反應(yīng)時(shí)間為15?30mino5.如權(quán)利要求2?4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:所述的陳化時(shí)間為10?30h。6.如權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:所述的重金屬為銅、鎘、鋅或鉛。
【專利摘要】本發(fā)明屬于重金屬污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高介孔分子篩吸附重金屬效能的方法。該方法包括如下步驟：將保留模板劑的硅基介孔分子篩投入到含重金屬的水中，調(diào)節(jié)pH為中性，常溫震蕩，將分子篩從水中分離實(shí)現(xiàn)重金屬污染物去除。本發(fā)明解決了硅基介孔分子篩對(duì)重金屬吸附效能低的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)重金屬的選擇性分離。
【IPC分類】B01J20/30, B01J41/10, C02F1/42, C02F1/62, C02F1/28, B01J20/18
【公開號(hào)】CN105214606
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510737346
【發(fā)明人】梁志杰, 劉杰, 趙志偉, 孫天一, 時(shí)文歆, 師杰
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍后勤工程學(xué)院
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月3日