[发明专利]一种用于吸附挥发性有机污染物的硅藻土基多孔复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种硅藻土基多孔复合材料及其制备方法，具体涉及一种用于吸附挥发性有机污染物的硅藻土基多孔复合材料及其制备方法。

背景技术：

挥发性有机污染物是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以内的有机污染物，主要包括烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类等（李国文等，西安建筑科技大学学报，1998），是石油化工、制药、印刷、建材、喷涂等行业排放的最常见的污染物。大多数挥发性有机污染物不仅有毒、有恶臭，可产生致畸、致突变和致癌等作用，还可作为前驱体形成光化学烟雾，对人体健康及作物生长造成严重危害。

挥发性有机污染物的处理方法主要有吸附法、燃烧法、生物法和光催化降解法等。其中，吸附法因其具有能耗低、工艺简单、去除率高、成本低廉等优点，成为目前挥发性有机污染物处理中应用最广、最经济有效的方法。吸附法通常是利用具有大比表面积和孔体积的高效吸附剂对挥发性有机污染物进行吸附、浓缩，并进一步将其去除或回收。常用的吸附剂主要有活性炭和沸石分子筛等。其中，活性炭具有丰富的孔结构和较多的亲有机性官能团，可通过静电吸附或氢键结合等方式对挥发性有机污染物进行吸附，是目前最常用的挥发性有机污染物吸附剂。然而，活性炭吸附挥发性有机污染物易受到水分子的干扰，通常只能在空气湿度低于50%的条件下使用（吴永文等，离子交换与吸附，2003）。此外，活性炭还存在热稳定性低、吸附后再生较为困难等问题，难以推广及大规模使用。沸石分子筛具有规则的孔道结构、大的比表面积和较高的热稳定性，在择形吸附和脱附再生方面具有优势。然而，较窄的孔径分布也导致其仅对一定尺寸的有机小分子具有吸附性，不利于多组分挥发性有机污染物的处理，难以满足实际工业需要。另外，大多数沸石分子筛亲水性较强，在吸附挥发性有机污染物时，其吸附位往往为水分子所占据，致使有机污染物的吸附量较低（Takeuchi等，Separations Technology，1995）。已有合成纯硅、疏水性沸石材料的报道，如美国联碳公司合成的纯硅沸石，具有良好的疏水亲有机性，室温下其对正己烷的吸附量可达11.0wt%，而对水的吸附量只有1.0%左右（美国发明专利：专利号US4073865；龙英才等，石油化工，1994）。但由于其在制备过程以昂贵的季铵碱为模板剂并添加有氟离子，致使产品存在成本较高、易造成环境污染，不利于大规模应用等问题。中国发明专利《疏水晶态二氧化硅分子筛的制备方法》（中国发明专利：专利号ZL92113807）对上述制备方法加以改进，以廉价的胺类有机物或吡咯烷为结构导向剂，大大降低了该纯硅沸石的合成成本。然而，其仍存在对吸附分子尺寸要求较高的问题，如，室温下其对苯（分子尺寸小于沸石孔径）的吸附量为10.6wt%，而对邻-二甲苯（分子直径大于沸石孔径）的吸附量仅为0.8wt%。因此，对于挥发性有机污染物中不同尺寸有机分子共存的情况，沸石分子筛类吸附剂的吸附能力并不显著、吸附效率较低。

因此，具有多级孔道结构、疏水性吸附剂的制备是解决上述问题的关键。中国发明专利《硅藻土的沸石化制备多级孔道结构沸石材料的方法》（中国发明专利：专利号ZL01126842），以天然矿物硅藻土为基体，先采用层叠层法在硅藻土表面负载上一层沸石晶种，再利用气固相转晶法以硅藻土表面的硅和铝为硅源和铝源制备出一种具有多级孔道结构的沸石材料。该沸石材料的比表面积最大为210m²/g。然而，该材料对有机物的吸附能力并不显著，如对苯的吸附量仅为4.6%（Wang等，Journal of Materials Chemistry，2002）。这主要是由于：一方面，该沸石材料并非为纯硅疏水性沸石（其结构中存在铝离子），具有一定亲/吸水性，对有机物的吸附易受到水分子干扰；另一方面，所形成的沸石将部分硅藻壳体的大孔结构堵塞，导致该材料不仅比表面积较低还难以吸附较大尺寸的有机分子。此外，该材料在制备过程中需使用乙二胺和三乙胺等有毒有机物为模板剂，具有一定的潜在环境危害性。该材料的制备方法还具有周期长、能耗高等问题，不利于推广应用。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术中的已有的挥发性有机污染物吸附剂在制备和使用中存在的不足，提供一种具有大比表面和孔体积、高疏水性和热稳定性等，对挥发性有机污染物，如正己烷、苯、甲苯和邻-二甲苯等具有较高的吸附能力的硅藻土基多孔复合材料及其制备方法，该制备方法具有工艺过程简单，制备周期短、能耗低、污染低等优点。