[发明专利]用于吸附六价铬离子的有机-无机复合阴离子交换树脂及制法

说明书

技术领域

本发明涉及用于吸附六价铬离子的有机-无机复合阴离子交换树脂及制法。

背景技术

铬污染主要来自制革、电镀、金属加工、冶金、印刷、纺织、染料等工业排放出来的废水，由于铬及其相关产品的不当使用，致使大量含铬废物流失到环境中，从而对土壤、水体造成了严重的污染。水溶性的六价铬化合物是强致癌性物质，被列为对人体危害最大的八种化学物质之一，对人体及环境都有非常大的毒害作用。因此，含铬废水的净化处理对改善环境具有十分重要的意义。

通常采用的处理含铬废水的方法主要有沉淀法、氧化还原法、电解法、吸附法、离子交换法等，各种方法都各有优缺点。其中离子交换法是一种常见技术，它的主要优点是高的选择性，不会产生大量污泥造成二次污染，可回收利用。我们曾报道过含咪唑结构的强碱阴离子交换树脂吸附废水中六价铬离子的方法(中国专利申请号：200810051262.5)。这种树脂具有高的热稳定性，宽的pH范围，对六价铬离子具有高的选择性，能够完全除去低浓度废水中的六价铬离子，而且活性交换位置也得到了充分利用。中国专利(申请号：200610087136.6)报道了SBA-15表面含有哌啶、咪唑、三氮唑、三唑钠等基团作为六价铬离子的吸附剂及其制备方法。专利(专利号：US7358318)报道了含有硫醇、氨基、咪唑等基团的溶胶-凝胶材料吸附汞、镉、铬等金属离子。但这两种吸附剂使用的pH范围窄，只在酸性条件下对六价铬离子有高的吸附容量，在中性和碱性条件下对铬的吸附容量很低。

发明内容

本发明提供了用于吸附六价铬离子的有机-无机复合阴离子交换树脂及制法。

本发明所述的有机-无机复合阴离子交换树脂是以介孔分子筛SBA-15为载体，表面含有两性有机官能基团；所述的两性有机官能基团为甲基咪唑氯、甲基咪唑硫酸根或甲基咪唑硝酸根；其结构式如下所示：

所述的有机-无机复合阴离子交换树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照文献(Y.S.Chi，et al.，Langmuir，2004，3024)合成先驱体1-甲基-3-(三乙氧基硅丙基)咪唑氯(MTICl)；

(2)将分子式为EO₂₀PO₇₀EO₂₀的模板剂P123和无机盐NaCl，在35-40℃搅拌条件下溶解于盐酸的水溶液中，加入正硅酸乙酯(TEOS)预水解1-4h，加入步骤(1)的先驱体1-甲基-3-(三乙氧基硅丙基)咪唑氯MTICl，继续反应20-24h，将反应后的混合物转移至高压釜内，在100-110℃下加热2-3天；得到的产物过滤、洗涤、干燥，所得固体置于脂肪提取器中，用乙醇抽提除去模板剂P123；所述的模板剂P123∶无机盐NaCl∶盐酸∶水∶正硅酸乙酯∶先驱体1-甲基-3-(三乙氧基硅丙基)咪唑氯的质量比为1∶0-1∶2.19∶35.3∶1.915∶0.330-0.989；

(3)再将步骤(2)得到的产物干燥，得到氯型有机-无机复合阴离子交换树脂；

(4)将氯型有机-无机复合阴离子交换树脂与1-2mol/L的硫酸钠或硝酸钠溶液振荡，过滤，检测滤液中氯离子的浓度的浓度为零，并用去离子水洗去过量的硫酸根或硝酸根离子，将产物干燥，得到阴离子为硫酸根或硝酸根型的有机-无机复合阴离子交换树脂；所述的氯型有机-无机复合阴离子交换树脂与硫酸钠的质量比为1∶8.5-13，所述的氯型有机-无机复合阴离子交换树脂与硝酸钠的质量比为1∶5-8。

本发明的方法制备的该有机-无机复合阴离子交换树脂可用于除去含铬废水中的六价铬离子，尤其氯型有机-无机复合阴离子交换树脂吸附六价铬离子效果更好。

有益效果：本发明的有机-无机复合阴离子交换树脂是以介孔分子筛SBA-15为载体，SBA-15具有高的比表面积、规则的介孔孔道、在有机溶剂中不溶胀、表面富含羟基、易于与有机官能基团发生反应等特点。

本发明的有机-无机复合阴离子交换树脂的制备方法操作简单，而且不会用到甲苯等有机溶剂，官能基团在孔表面分布均匀，不会堵塞孔口，便于离子扩散。

本发明制备的有机-无机复合阴离子交换树脂具有高的比表面积，大于400m²/g；高的热稳定性，有机官能基团直到387-408℃才开始分解；规则的孔道结构，孔径大于5.4nm。