[发明专利]一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法

权利要求书

1.一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，该材料是一种以硅胶为刚性骨架，接枝螯合功能基团、胺类化合物功能基团，对重金属有良好富集吸附效果的吸附材料。

2.根据权利要求1所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，材料通过甲醛作为桥梁将胺化后硅胶重金属吸附材料与水杨酸反应，其结构分子式为：

,其中CP为烷基化硅胶。

3.根据权利要求1所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其工艺方法包括按以下次序的几个步骤：

步骤1

选取20-150目的球形多孔硅胶，比表面积50m²/g~1500m²/g，孔容0.1mL/g~10mL/g，堆密度0.1g/mL~5g/mL，将其通入加湿器的进气口，进行加湿处理，加湿时间为0.5h-2h，加湿后的硅胶放入单颈烧瓶中，然后配制1mol/L的盐酸溶液，加入硅胶比例4倍量的酸液，连接旋转蒸发器，开启旋转装置，设置油浴温度为104℃之间进行反应6h,反应结束使用大量去离子水进行冲洗，直至母液接近中性，回收母液并可进行循环使用三次以上；

步骤2

将酸洗后的硅胶进行烘干处理，60-140℃条件下进行，直至烘到在水合过程中湿空气通入硅胶后的湿度计显示湿度为10%以下，则符合标准，将烘干的硅胶放进水合塔中，水合塔由上下两个柱子组成，上塔底部连有100目以上筛网，盛放酸洗后的硅胶，连接下塔，下塔口部与防倒吸装置连接，然后是饱和NaBr水蒸气发生装置，再是防倒吸瓶、流量计、空压机依次连接；下塔和上塔分别接有温度湿度计，打开空压机让空气经过水合发生器，使其变为湿空气使硅胶沸腾，目的是使其覆盖单分子水层，水合时间为6-8h，硅胶饱和的标准为上下口适度42%-60%之间，并且增重率为5.5%-7.5%之间；

步骤3

将增重率达到标准的水合硅胶进行下一步硅胶的活化反应，将水合硅胶加入三颈烧瓶中，中间口连接机械搅拌器，另一个口连接滴液漏斗，第三个口连接循环水真空泵；配好正己烷—CPTCS（偶联剂）母液，正己烷与硅胶质量比为177:50，CPTCS与硅胶质量比为23.9:50，CPTCS加入正己烷中一定要注意快速转移，避免CPTCS水解，正己烷使用前要加入在400℃条件下烘干的5A分子筛进行除水处理，母液配好摇匀后，将水合塔上的硅胶取下迅速加入烧瓶中，开启机械搅拌器，开启循环水真空本抽真空，并以滴液漏斗滴液的方式使混合母液加入烧瓶中，滴加完毕，保持负压反应10-24h之间，反应完毕分别用正己烷、甲醇、去离子水清洗，然后烘干处理，增重率在16%-25%之间；

步骤4

将活化后的烷基化硅胶进行键合胺化处理，将烷基化硅胶与胺类化合物以质量比0.2-2之间进行反应，加入硅胶后，需要加入硅胶质量4倍量的甲醇浸泡1-4h进行处理，接着加入硅胶质量2.25倍体积的去离子水，最后加入比例为0.2-2间的胺类化合物在旋转蒸发器上反应，温度设置在40-80℃之间，反应过程中抽真空处理；所得产物需要用去离子水、0.5mol/L硫酸溶液、1mol/L氨水进行清洗，在65℃条件下进行烘干，增重率在10%-30%之间；

步骤5

将胺化后的硅胶加入四颈烧瓶中，连接好机械搅拌器，回流冷凝管等，并加入其质量2-6倍DMF、甲醇、乙醇中的一种浸泡0.5h,将硅胶质量的0.32倍的水杨酸在DMF、甲醇、乙醇中的一种中进行溶解，待完全溶解后加入三颈烧瓶中，接着称取硅胶质量3.2倍量的37%甲醛溶液、多聚甲醛中的一种或两种放入滴液漏斗中，开启回流冷凝管，机械搅拌器，插入温度计，在搅拌的条件下逐滴滴入甲醛进行螯合反应，设置电热套温度为70-80℃之间反应10-24h，反应完毕用DMF、乙醇、去离子水依次清洗若干次，在65-85℃条件下进行烘干处理，增重率为5%-15%之间。

4.根据权利要求3所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述步骤1 中球型大孔硅胶为球型，比表面积50m²/g~1500m²/g，孔容0.1mL/g~10mL/g，堆密度0.1g/mL~5g/mL；

根据权利要求3所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述硅胶进行水合反应时所用的溴化盐溶液为NaBr、NaCl、KBr中的一种，水合时间为4-12h，水合塔出口与进口湿度平衡时湿度保持在42%-60%之间，且增重率在3.5%-9.5%之间；

根据权利要求3所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述硅胶进行烷基化改性反应，所用偶联剂通式为 Y3-Si-(CH2)n-Cl，其中Y 包括Cl、CH3O-或CH3CH2O-，n 为2~10之间；

根据权利要求3所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述硅胶进行功能基团的键合反应，键合原料为胺类化合物中的一种，所述胺类包括乙二胺、1，6-己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、或聚烯丙基胺（聚合胺类分子量为6000-100000）；

根据权利要求3所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述硅胶以甲醛（甲醛溶液或者多聚甲醛中的一种或两种）为桥梁，将活化后的硅胶与水杨酸接枝，反应温度为40-100℃之间，回流冷凝，按着一定加料方式加料反应10-24h；

根据权利要求3所述的一种水杨酸螯合硅胶重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述硅胶进行吸附解吸所用Fe³⁺配液为FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、Fe(NO)₃等常用铁盐中的一种，循环再生液解吸液为硫酸、盐酸、硝酸等常用酸中的一种，解吸液浓度为10%-50%之间。