[发明专利]一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，具体涉及一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

介孔氧化硅分子筛具有孔道结构均匀且呈六方有序排列、比表面积高、孔容大和化学稳定性好等优点，被广泛用作吸附剂和催化剂载体。然而吸附剂的吸附性能在很大程度上取决于吸附剂表面的亲疏水性。介孔氧化硅分子筛在合成过程中，通过煅烧或溶剂萃取去除表面活性剂后，表面产生大量的硅羟基（Si-OH），具有很强的亲水性。这使得其对疏水性有机污染物的亲和力不佳，不能充分发挥其结构优势。针对这一问题，目前普遍采用的方法是对分子筛进行表面疏水化改性，即通过接枝技术在分子筛表面嫁接硅烷偶联剂，使其表面羟基被疏水性的烷基基团取代，增强对有机物的吸附能力。

一般来说改性剂碳链越长，其疏水性越强；然而，改性基团所占据的分子筛孔道空间也越大，甚至造成孔道堵塞，对分子筛做吸附剂或催化剂载体的性能产生不利影响。此外，孔径较小的介孔分子筛如MCM-41的孔道是以十六烷基三甲基溴化铵（C₁₆）作表面模板剂而形成，由于空间位阻效应，用长碳链改性剂修饰孔道表面较难实现。因此需要开发出一种改性剂碳链短、改性后结构性能优良同时疏水性强、具有较高吸附能力的新型改性介孔氧化硅吸附剂，用于富集和净化环境样品如污水、河水中的疏水性微量有机物。考虑到含氟基团是疏水性的，氟取代有机分子中的氢原子会使其疏水性增加，本发明用3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷做改性剂对介孔氧化硅进行疏水改性，制备出短碳链接枝的疏水性介孔氧化硅吸附剂。

 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂及其制备方法和应用，该疏水性介孔氧化硅吸附剂对水体中疏水性有机物的吸附去除具有良好的效果。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂，所述介孔氧化硅吸附剂表面接枝有短碳链的3,3,3-三氟丙基，疏水性强于引入不含氟的丙基，疏水性吸附效果可以与引入长碳链的烷基基团相媲美，对介孔氧化硅本身的介孔结构性能的影响又比引入长碳链烷基基团造成的影响小，所述介孔氧化硅吸附剂的比表面积为500~1000 m²/g，孔容为0.4~1.0 cm³/g。

一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂的制备方法：

通过溶剂热法对水热法合成的介孔氧化硅进行疏水化改性，制备得到用于水中疏水性有机污染物的吸附去除的吸附剂，即一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂。

一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂采用3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷作改性剂对介孔氧化硅分子筛进行表面修饰，包括以下步骤：

（1）介孔氧化硅的预处理：将介孔氧化硅在80~120 ℃烘焙6~12 h，去除吸附的水分，得到干燥的介孔氧化硅；

（2）介孔氧化硅的疏水改性：将步骤（1）得到的干燥的介孔氧化硅分散于甲苯中，加入有机硅烷改性剂，加热回流搅拌反应，反应结束后抽滤，反应产物用异丙醇洗涤后，烘干，得到一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂。

上述方法中，步骤（1）所述的介孔氧化硅是水热法合成的。

上述方法中，步骤（1）所述介孔氧化硅包括MCM-41、MCM-48、HMS、SBA-15、MCF、MSU-1、MSU-2、MSU-4或KIT-1等介孔氧化硅；所述介孔氧化硅在甲苯溶剂中的浓度为5~20 g/L。

上述方法中，步骤（2）所述的有机硅烷改性剂为3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷，使用量为1 g介孔氧化硅加入3.3~13.3 mmol有机硅烷改性剂。

上述方法中，步骤（2）所述的反应的反应温度为70~110 ℃，反应时间为12~30 h。

上述方法中，步骤（2）所述的异丙醇洗涤时间为1~4 h。

上述方法中，步骤（2）所述的烘干为在80~100 ℃下烘8~12 h。

一种吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂应用于疏水性有机污染物的吸附。

所述吸附疏水性有机物的介孔氧化硅吸附剂的应用方法为将适量干燥的吸附剂加入到含疏水性有机污染物的水样中，加以外力振荡或搅拌，使吸附剂与水样充分混合接触，从而将污染物富集到吸附剂表面而从水样中去除。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：