[发明专利]一种具纳米二氧化硅介孔包覆结构的改性沸石及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种具纳米二氧化硅介孔包覆结构的改性沸石及其制备和应用，所述改性沸石能够增加原生沸石的微孔数量和比表面积，其是具有原生沸石微孔和原生沸石表面包裹的新生纳米二氧化硅介孔结构的多级孔结构，所述改性沸石未扩大原生沸石本身的原生孔道，而产生扩孔效应，经BET比表面积测试，改性沸石孔径为1.3‑10nm；改性沸石粒径：0.05‑10μm。

技术领域

本发明涉及一种沸石领域，具体涉及一种具纳米二氧化硅介孔包覆结构的改性沸石及其制备方法和应用。

背景技术

天然沸石是一种多孔性含水硅铝酸盐矿物，呈架状结构，自身带有丰富的孔道，比表面积大，具较强的吸附和离子交换能力，作为吸附剂有着效果显著且稳定、成本低廉、绿色环保无二次污染的特点，在重金属废水处理领域有着广泛的应用。天然沸石晶体特征明显，表面有不规整的棱角，具多孔和孔道结构，易于吸附重金属离子。但是由于天然沸石本身晶体结构的孔径较小，孔道狭窄，不易快速“抓住”重金属离子，且反应过程中窄小的孔道易堵塞，后续的重金属离子难以进入沸石结构中，使吸附反应受阻，影响沸石对重金属离子的快速去除和总的去除率。

对天然沸石的表面进行改性或修饰是一种可行的方法。如焙烧改性，是将天然沸石在400-700℃下焙烧2h，后冷却干燥得焙烧改性沸石，焙烧可使沸石孔道增大，比表面积增大。如碱改性，是将天然沸石与2mol/L的NaOH溶液混合浸泡，在室温下于160r/min的振速下振荡2.5h，抽滤并用去离子水洗至中性，烘干后得到碱改性天然沸石，碱改性可使沸石孔隙度增大、比表面积增大。如盐酸改性，是将10％的盐酸浸泡天然沸石24h，烘干后得酸改性沸石，酸改性可使沸石孔容增大、比表面积增大。又如复合改性，是用10％的硫酸浸泡沸石10h，烘干，再用1mol/L的CuSO₄溶液浸泡10h，烘干，得复合改性沸石。复合改性可使沸石的孔隙度增大、有效吸附表面增加。如硅烷化改性，先对天然沸石进行焙烧和酸碱活化，再去离子水洗涤至中性，加入甲苯和3-氨丙基三甲氧基硅烷，80℃下搅拌24h，后洗涤、干燥得硅烷化改性沸石。硅烷化改性可在沸石表面接枝一定的有机物质，如氨基(-NH₂)和丙基等，氨基可与重金属离子通过配位反应结合成稳定络合物。

但是利用这些改性方法来增大天然沸石吸附重金属离子的能力较为有限，因为这些改性方法都是以扩大天然沸石本身结构的孔径、孔容、比表面积为基础，或者只是有限的增加沸石比表面积，或者引入新的基团来增加对重金属离子的吸附，无法实现对重金属离子的快速“抓取”和连续稳定的吸附，很难实现实质性的改进，不能满足大批量、快速处理含重金属废水的目的。

为了实现对溶液中重金属离子的快速“抓取”和吸附，需要在保持天然沸石内部多孔结构的前提下，对天然沸石进行表面修饰或包覆新型结构，发展具有新型纳米介孔结构的改性沸石材料。目前，在沸石中引入介孔的方法主要有：硬模板法、软模板法、和后处理法。已有报道的硬模板法有碳为微粒法、碳纳米管、碳纤维、碳气凝胶、复合物气凝胶、介孔碳和碳酸钙微粒等，也有采用表面活性剂、阳离子聚合物、有机硅烷等软摸半合成介孔沸石，例如CN201610673377公开了一种介孔沸石的合成方法。上述方法都是通过合成的方法进行改构。合成沸石成本高且操作复杂，需工艺流程进行合成。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种改性沸石，其是在原生沸石表面包覆一层新的纳米二氧化硅介孔结构，未扩大沸石本身的原生孔道，而产生扩孔效应的改性沸石，大幅度提高了沸石吸附重金属的速度，大大增加了沸石吸附去除重金属元素的能力。

本发明的另一目的在于提供一种改性沸石的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种改性沸石的用途。

为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：