[发明专利]一种重金属离子吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种吸附剂，尤其涉及一种重金属离子吸附剂及其制备方法与应用；所述重金属离子吸附剂的制备方法，以硅藻土和硅烷偶联剂为原料，经脱水缩合反应；其中，所述硅烷偶联剂为3‑氨基丙基三乙氧基硅烷或3‑巯基丙基三甲氧基硅烷；该方法重复性好、稳定性佳，操作简单，成本低；通过上述方法制得的重金属离子吸附剂同时具有丰富的表面官能团、以及微米尺度的多孔基体，在保留了硅藻土完整的纳米结构的基础上进一步使其表面具有丰富的官能团；该吸附剂在水处理领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种吸附剂，尤其涉及一种重金属离子吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

含有重金属离子废水的排放，严重污染环境，危害人体健康；水污染问题已引起水处理领域研究人员的重点关注；开发低成本，可规模化生产、使用的重金属离子吸附材料，是本领域人员亟需解决的技术难题。

天然多孔矿物硅藻土表面含有丰富的硅羟基、均匀的孔道结构，是优良的重金属离子吸附材料；但其比表面积有限，可参与反应的活性位点有限，使得吸附效能不理想。

有机材料表面含有丰富的官能团，可与多种重金属离子发生络合作用，可显著增加材料的反应位点，进而提高吸附效能；已有的研究表明，有机材料的多种有机官能团对于重金属离子有良好的亲和性。但单一使用有机材料作为重金属离子吸附材料，会导致后续处理困难，导致对水环境产生二次破坏。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种重金属离子吸附剂的制备方法；该方法采用含丰富表面官能团的硅烷偶联剂与天然多孔矿物材料硅藻土进行有机结合，得到的重金属离子吸附剂具有丰富的官能团、以及微米尺度的多孔基体。

具体而言，所述重金属离子吸附剂的制备方法，以硅藻土和硅烷偶联剂为原料，经脱水缩合反应；

其中，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)或3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)。

本发明采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷为-NH₂源、3-巯基丙基三甲氧基硅烷为-SH源，硅烷偶联剂醇解形成的Si-OH与硅藻土表面的Si-OH发生脱水缩合反应，使得-NH₂、-SH接枝于硅藻土表面；在保证硅藻土的纳米结构完整的情况下进一步使其表面官能团化；即降低合成成本、又提高合成效率。

作为优选，所述硅藻土与所述硅烷偶联剂的质量比为1：0.8～1.8。

作为本发明的较佳技术方案，所述硅藻土与所述硅烷偶联剂的质量比为1：0.86或1：1.72。

作为优选，所述脱水缩合反应在pH为2～6的条件下进行。

作为优选，所述脱水缩合反应在40～80℃下进行12～24h；

作为本发明的较佳技术方案，所述脱水缩合反应在40℃下进行12h。

作为优选，所述硅藻土预先经碱溶液进行活化处理。

作为优选，所述制备方法包括如下步骤：

(1)用碱溶液对硅藻土的表面进行活化处理；

(2)将经活化处理的硅藻土加入溶剂中，制得硅藻土悬浮液；

(3)将硅烷偶联剂加入所述硅藻土悬浮液中，调节体系pH至2～6，在40～80℃进行脱水缩合反应12～24h。

作为优选，所述溶剂选自甲苯、甲醇、乙醇中的一种；所述硅藻土与所述溶剂的固液比为1：45～55(g/mL)。

作为本发明的较佳技术方案，所述硅藻土与所述溶剂的固液比为1：50(g/mL)。