[发明专利]一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法

说明书

一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法，以水玻璃为硅源，3‑巯基丙基三甲氧基硅烷作为改性剂，利用冷冻干燥法制备得出巯基改性的二氧化硅气凝胶，比表面积大，负载的巯基活性位点多，对水体中的Hg²⁺具有很大的吸附容量。薄膜扩散梯度技术使用该气凝胶制备出的结合相能快速富集水体中的Hg²⁺，避免了传统薄膜扩散梯度技术长时间富集而长出生物膜的问题，且有极佳的选择性，使薄膜扩散梯度技术在较短的时间内即可准确测定水体中痕量Hg²⁺的浓度。

技术领域

本发明涉及环保材料制备和富集重金属技术领域，具体是一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法，以及将其制作为薄膜扩散梯度技术的结合相以用作富集水体中的汞离子。

背景技术

受到汞污染的水体对人类健康和生态环境构成了严重的威胁，水俣病就是一个非常典型的污染事件，一直以来都是全球广泛关注的环境问题，确定汞的含量及化学形态对于评估其对人类健康的影响至关重要。在常规取样过程中样品的采集、转移和保存很容易导致分析物的化学形态发生无法预测的变化。薄膜扩散梯度(Diffusive gradients inthinfilms，DGT)技术是一种原位被动采样技术，可以通过浓度依赖的动态过程对水生环境中不稳定金属形态进行定量积累，实现分析物的预富集。这些优点使得薄膜扩散梯度技术对于测定环境样品中痕量的汞非常有利。

现有的能够测定汞的薄膜扩散梯度技术设备通常使用商业化的树脂作为结合相，其对于汞的吸附容量和吸附速率都不高，致使汞在薄膜扩散梯度技术设备内的扩散系数不高，想要使结果准确通常需要放置较长的时间，这样不仅耗时长，且薄膜扩散梯度技术设备长时间在水体中表明容易生长生物膜，从而对薄膜扩散梯度技术的准确性造成影响，因此需要开发一种对汞有高吸附容量和高吸附速率的材料作为结合相，来克服上述问题。

SiO₂气凝胶是典型的介孔材料，具有高的比表面积、高孔隙率、低密度和极低的导热系数等突出优点，在废水处理方面，高表面积和孔隙率使SiO₂气凝胶成为一种良好的吸附剂和催化剂载体，在废水净化方面能够取得良好的效果，适合去除废水中有毒有害的重金属。传统的SiO₂气凝胶是通过甲基改性，然而，甲基是一个惰性基团，很难与其他离子特别是重金属离子发生反应而去除重金属。巯基具有良好的亲水性，这使得它成为改性SiO₂气凝胶的绝佳材料。

发明内容

针对上述问题，本发明使用巯基改性二氧化硅气凝胶，获得了对汞具有较高吸附容量和吸附速率的吸附材料，薄膜扩散梯度技术使用此二氧化硅气凝胶制作成的结合相能够快速富集水体中汞，避免了传统薄膜扩散梯度技术长时间富集而长出生物膜的问题，且有极佳的选择性，使薄膜扩散梯度技术薄膜扩散梯度技术在较短的时间内即可准确测定水体中痕量Hg²⁺的浓度。

本发明的具体技术方案如下：提供了一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法，包括如下步骤：

1)：SiO₂气凝胶的合成：

a)将稀释后的水玻璃与强酸型离子交换树脂按1：1的比例搅拌10min后，加入氨水调节pH至6，静置形成凝胶后将湿凝胶粉碎；

b)湿凝胶放在无水乙醇中，恒温震荡，老化，老化温度为54℃，震荡时间为6h，且中途每2h需更换一次无水乙醇；

c)老化后的凝胶按3-巯基丙基三甲氧基硅烷/SiO₂的摩尔比为0.37的比例加入3-巯基丙基三甲氧基硅烷，并加入正己烷在改性温度为54℃，改性时间为9.5h，恒温震荡改性一定时间，再使用正己烷清洗改性后的凝胶，之后放在真空冷冻干燥机中真空冷冻干燥，得到巯基改性的SiO₂气凝胶；

2)薄膜扩散梯度技术结合相的制作：