[发明专利]一种多级孔AlPO-34分子筛的离子热合成方法

说明书

本发明公开了一种多级孔AlPO‑34分子筛的离子热合成方法，属于无机材料吸附技术领域。通过离子热合成法直接制备AlPO‑34沸石分子筛。使用该制备方法制备的分子筛形貌均匀，尺寸均一，较传统的多级孔分子筛合成相比无需额外介孔模板剂或复杂的后处理操作，合成方法简单高效，合成步骤简单。合成的多级孔AlPO‑34沸石分子筛可应用于重金属离子的分离，在环境、催化领域表现出潜在的应用可能，具有重要的广阔应用前景。

技术领域

本发明属于无机材料吸附技术领域，涉及多级孔AlPO-34分子筛的合成与应用，提供一种通过离子液体合成多级孔AlPO-34沸石分子筛微球的新的离子热合成方法。

背景技术

随着当代工业的快速发展，采矿、纺织、印染等工业活动所排放的工业废水影响着全球近80％以上人口的用水安全。因此，如何处理污水中所含的诸多重金属离子以及有机染料已成为水处理研究中的关键所在。目前污水处理的主要方法有化学中和法、氧化还原法、生物处理法、物理吸附法等。其中，物理吸附法由于所需能耗低、操作简单、连续操作周期长等诸多优点而备受关注，有着极其迅猛的发展。

沸石分子筛是可用于污水处理的一种优良吸附剂。相较于活性炭等吸附剂而言，沸石分子筛吸附剂除了耐酸碱、抗高温等无机材料的普遍优势外，还具有更高的比表面积、更加优异的选择性和更为出色的重复实用性。磷酸铝分子筛(AlPO-n)是沸石分子筛中的一类，磷酸铝分子筛具有独特的骨架结构和规整的孔道结构。而多级孔磷酸铝分子筛在作为水处理吸附剂使用时更展现出了包括高孔隙率、高比表面积以及良好的择形选择性在内的众多优异特质。2009年，Ma等[41]研究者率先报道了一种多级中-大孔结构的无机-有机杂化磷酸铝材料，该材料是以氨基三亚甲基膦酸和双-1,6-亚己基三胺五亚甲基膦酸为P源、非离子三嵌段共聚物为模板剂制备得到的。该吸附剂具有较为均一的大孔-中孔多级结构，其中大孔孔径在500-2000nm，中孔在4-5nm。通过对水中Cu(Ⅱ)及蛋白质(溶菌酶)的吸附测试发现其吸附量与早期官能化介孔二氧化硅的吸附量相当。

2012年，Swapan等[43]研究人员以长链脂肪酸为模板剂，通过溶剂热合成法制备了介孔磷酸铝颗粒，该材料由较小尺寸的纳米颗粒组成，并因此于颗粒之间形成直径约为6.0nm的介孔孔道。在煅烧除去表面活性剂后，该材料表现出对于污水中重金属阳离子优异的吸附能力，数据表明其对污水中Cd²⁺的有效脱除率可达74.48％，对As³⁺、As⁵⁺、Hg²⁺、Fe³⁺更分别高达83.75％、90.08％、94.76％、89.89％，分配系数(Kd，mL/g)亦可分别达到2.92×10³、5.15×10³、9.08×10³、1.80×10⁴及8.84×10³，充分展现了磷酸铝分子筛对于污水处理的巨大潜力。

2013年Chellapandian等[44]研究者的报道对磷酸铝分子筛在污水处理方面的研究做了进一步完善，在这项报道中，十二烷基苯磺酸钠被用作模板剂制备了介孔AlPO4材料，该材料可实现对于孔雀石绿(MG)和亚甲基蓝(MB)这两种常见印染废水污染物的快速吸附，吸附过程在20min即可达到吸附平衡，并且最大单层吸附容量，对于孔雀石绿达24.51mg/g、亚甲基蓝达35.2mg/g。并且在煅烧再生多次后仍有较好的吸附效果。

上述报道对多级孔磷酸铝分子筛在不同体系污染物下的吸附性能及吸附行为进行了较为详尽的研究，证明了磷酸铝分子筛在污水处理方面有着巨大的应用潜力，但值得注意的是上述多级孔磷酸铝分子筛材料的合成都需采用较为昂贵的有机模板剂或造孔剂。并且，大多数多级孔磷酸铝分子筛吸附剂通常由水热合成法在一个相对较高的自升压力的高压反应釜中制备，因此会带来不可忽视的操作安全性问题和设备安全性问题。