[发明专利]一种吸附铬的吸附剂、制备方法及吸附方法

说明书

本发明属于重金属的吸附分离技术领域，涉及一种吸附铬的吸附剂、制备方法及吸附方法。吸附剂为氨基功能化介孔二氧化硅纳米粒子，绿色环保，合成过程简便，吸附性能优异，且具有很好的稳定性和环境适应性。该吸附剂对Cr(Ⅵ)具有很好的吸附分离效果，且能实现Cr(Ⅵ)与其它重金属之间的分离，在选择性吸附实验中，Cr(Ⅵ)的吸附去除率能达到98％，而其他金属只有不到10％的吸附去除率。本发明所提供的吸附分离方法受酸性水溶液中pH的影响较小，在pH≥2的酸性溶液中均有很好的吸附效果。

技术领域

本发明属于重金属的吸附分离技术领域，涉及一种吸附金属铬的吸附剂、制备方法及吸附方法。

背景技术

铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)等重金属离子对生态系统造成严重污染。尽管自然界中含重金属矿物质、沉积物等会随着环境改变向水体迁移和转化，但就目前而言，工业废水中的重金属仍然是水体的主要污染源。随着冶金加工、化学原料及制品业、皮革等制品和制鞋业、金属和电子制品业、纺织等行业发展,大量含重金属离子的工业废水排入自然水体，严重威胁人类赖以生存的水资源。近年来我国工业废水中重金属的排放量总量依然居高不下，是潜在的污染源，并对人体健康形成潜在的威胁，对水中重金属污染进行治理已刻不容缓。在众多重金属中铬是公认的致癌物，其中Cr(Ⅵ)的毒性是Cr(Ⅲ)的100倍，在环境中Cr(Ⅵ)不会自然降解反而很容易被人体吸收的，它可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。经消化道侵入时可引起呕吐、腹疼。经皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹。危害最大的是长期或短期接触或吸入时有致癌危险。

目前常见的含铬废水处理技术包括化学沉淀、膜分离和混凝絮凝等物理化学和生物的方法，但它们在应用中有其固有的优势和局限性。相比其它处理技术，吸附法具有操作简便、处理效果好、适用范围广等优点，是当前去除水体重金属最为广泛的方法之一。为保障水资源可持续发展和人体健康，开发高效、环境友好和适用范围广的处理技术的是当前含铬废水处理领域的重要研究方向。

然而，处理含铬废水的传统吸附剂存在制备过程复杂、制备成本过高、吸附剂的吸附量偏低，循环成本过高等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种吸附铬的吸附剂、制备方法及吸附方法。本发明的吸附剂环境适应性好，制备过程高效、吸附量高、绿色环保。本发明通过硅酸四乙酯和3-氨丙基三甲氧基硅烷为主要原料，并控制反应的条件，合成比表面积高、孔径、粒径合适的氨基功能化介孔二氧化硅纳米颗粒，作为吸附铬的吸附剂。

本发明的技术方案如下：

一种吸附Cr(Ⅵ)的吸附剂，所述吸附剂为氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料。

根据本发明，优选的，所述的氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料是通过硅酸四乙酯和3-氨丙基三甲氧基硅烷为主要原料合成含氨基的介孔二氧化硅纳米材料，在溶液中质子化的氨基与溶液中的Cr静电吸引相结合，从而实现对铬的去除。

根据本发明，优选的，所述的氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料的孔径分布范围很窄，孔的直径集中分布在4.2nm。

根据本发明，优选的，所述吸附剂在溶液的pH＝2，吸附剂质量与溶液体积之比为1mg/mL，吸附温度为25℃，充分接触的条件下对重金属Cr(Ⅵ)的去除率达到了98％以上；

优选的，对其它的金属的吸附≤10％。

根据本发明，上述吸附Cr(Ⅵ)的吸附剂的制备方法，包括步骤如下：

以硅酸四乙酯和3-氨丙基三甲氧基硅烷为反应原料，十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，浓氨水为催化剂；反应完成后，去除模板剂，分离固体，对固体洗涤后干燥，得到氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料，即为吸附Cr(Ⅵ)的吸附剂。

根据本发明，优选的，硅酸四乙酯和3-氨丙基三甲氧基硅烷的体积比(1～6):1，最优选4:1。