本發(fā)明屬于介孔硅材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著含磷生活污水以及工業(yè)廢書的排放，造成水體中磷酸根濃度升高，而磷酸根是水生藻類生長的限制性營養(yǎng)元素，磷酸根濃度的升高直接促使藻類大量繁殖，破壞了水體的原有生態(tài)平衡，引起了水體的生態(tài)災(zāi)難，最終導(dǎo)致了水體失去了自己原有的作用。因此如何消除水體中過量的磷酸根成為目前各國科學(xué)家的研究熱點之一。
目前水中磷的去除方法主要有：生物法，化學(xué)沉淀法，人工濕地法，離子交換法和吸附法。在這些工藝中，吸附除磷工藝不僅適用而且比較經(jīng)濟，并且吸附除磷工藝可以收集回收磷資源，從而可以節(jié)約未來能夠耗盡的磷資源。然而，目前用于吸附磷酸根的材料吸附容量低，開發(fā)一種吸附容量高的磷酸根吸附材料成為當務(wù)之急。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料及其制備方法，解決了吸附磷酸根的材料吸附容量低的問題。
本發(fā)明提供的鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟1，mcm-41介孔硅材料的制備
首先將氫氧化鈉溶解于水中，攪拌加入十六烷基三甲基溴化銨，攪拌0.5h直到溶液澄清，攪拌條件下滴加正硅酸四乙酯，滴加結(jié)束后調(diào)節(jié)ph＝9.5，繼續(xù)攪拌2h，然后再調(diào)節(jié)ph＝9.5，得到原料混合液；其中，氫氧化鈉：十六烷基三甲基溴化銨：正硅酸四乙酯：水的比例為1.376g：15.6g：32ml：320ml；
將上述原料混合液轉(zhuǎn)移至自升壓反應(yīng)釜中，在110℃下晶化48h，過濾，收集白色沉淀，然后經(jīng)去離子水清洗，最后烘干得到mcm-41原粉；
將mcm-41原粉在可控升溫馬弗爐中按照1℃/min的升溫速率從室溫升至550℃，當溫度達到550℃后焙燒5h，得到mcm-41介孔硅材料；
步驟2，雙氨基修飾介孔硅材料的制備
稱取mcm-41介孔硅材料置于三口燒瓶中，加入甲苯，再加入n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，其中，mcm-41介孔硅材料：甲苯：n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的比例為5g：150ml：15～20ml；然后通入氬氣保護，在110℃恒溫油浴條件下，冷凝回流攪拌反應(yīng)6h，過濾并收集沉淀物，將沉淀物用異丙醇洗滌，然后100℃干燥，得到白色的雙氨基修飾的介孔硅材料；
步驟3，鑭負載雙氨基修飾介孔材料的制備
稱取2中得到的雙氨基修飾的介孔硅材料，加入過量的0.2mol/l的硝酸鑭異丙醇溶液，常溫攪拌2h，過濾，然后將所得沉淀物依次經(jīng)異丙醇洗滌、100℃條件下干燥，得到鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料。
優(yōu)選的，上述鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料的制備方法中，步驟1中，用氫氧化鈉或者鹽酸調(diào)節(jié)ph。
優(yōu)選的，上述鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料的制備方法中，步驟2中，mcm-41介孔硅材料：甲苯：n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的比例為5g：150ml：20ml。
本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制備而成的鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料及其制備方法具有以下有益效果：
1、利用mcm-41等介孔硅材料作為骨架材料，提供一種高效磷酸根吸附材料的制備方法，利用介孔硅材料的比表面積大，孔徑分布均一的優(yōu)點，經(jīng)過兩步改性修飾，制備出對磷酸根具有良好吸附性能的吸附材料。
2、介孔硅材料mcm-41等表面具有豐富的硅醇鍵，在一定條件下，硅烷偶聯(lián)劑通過與硅醇鍵的水解反應(yīng)，可以將特定的有機基團接枝到介孔硅材料表面，使其實現(xiàn)有機基團所具有的功能。本發(fā)明將雙氨基接枝到介孔硅孔壁材料的表面，然后利用鑭離子與雙氨基的絡(luò)合作用，將鑭離子負載在介孔硅表面。本發(fā)明方法制備的磷酸根吸附材料為多孔的白色粉末物質(zhì)，其表面負載了大量的鑭離子，通過鑭離子與水體中的磷酸根作用，將磷酸根固定在吸附材料表面，從而去除水中磷酸根離子，可用于污水的吸附除磷工藝，吸附容量可達38mg/g以上，在制備磷酸根吸附劑方面具有良好的應(yīng)用前景。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述，但應(yīng)當理解本發(fā)明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。下列實施例中未注明具體條件的試驗方法，通常按照常規(guī)條件，或者按照各制造商所建議的條件。
當實施例給出數(shù)值范圍時，應(yīng)理解，除非本發(fā)明另有說明，每個數(shù)值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數(shù)值均可選用。除非另外定義，本發(fā)明中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設(shè)備、材料外，根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對現(xiàn)有技術(shù)的掌握及本發(fā)明的記載，還可以使用與本發(fā)明實施例中所述的方法、設(shè)備、材料相似或等同的現(xiàn)有技術(shù)的任何方法、設(shè)備和材料來實現(xiàn)本發(fā)明。
實施例1
一種鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料，具體按照以下步驟制備：
步驟1，mcm-41介孔硅材料的制備
首先將1.376g氫氧化鈉(naoh)溶解于水中，緩慢攪拌加入15.6g十六烷基三甲基溴化銨(ctab)，攪拌0.5h直到溶液澄清，劇烈攪拌條件下緩慢滴加32ml正硅酸四乙酯(teos)，滴加結(jié)束后調(diào)節(jié)ph＝9.5，繼續(xù)強烈攪拌2h促使其水解，然后再調(diào)節(jié)ph＝9.5，得到原料混合液；其中氫氧化鈉：十六烷基三甲基溴化銨：正硅酸四乙酯：水的比例為1.376g：15.6g：32ml：320ml；
將上述原料混合液轉(zhuǎn)移至自升壓反應(yīng)釜中，在110℃下晶化48h，過濾，收集白色沉淀，然后經(jīng)去離子水清洗，最后烘干得到mcm-41原粉；
將mcm-41原粉在可控升溫馬弗爐中按照1℃/min的升溫速率從室溫升至550℃，當溫度達到550℃后焙燒5h，得到mcm-41介孔硅材料；
需要說明的是，步驟1中，用氫氧化鈉或者鹽酸ph。
步驟2，雙氨基修飾介孔硅材料的制備
稱取5gmcm-41介孔硅材料置于三口燒瓶中，加入150ml甲苯，再加入n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷15ml，通入氬氣保護，在110℃恒溫油浴條件下，冷凝回流攪拌反應(yīng)6h，過濾并收集沉淀物，將沉淀物用異丙醇洗滌，然后100℃干燥，得到白色的雙氨基修飾的介孔硅材料；
步驟3，鑭負載雙氨基修飾介孔材料的制備
稱取2中得到的雙氨基修飾的介孔硅材料5g，加入50g的0.2mol/l的硝酸鑭異丙醇溶液，常溫攪拌2h，過濾，然后將所得沉淀物依次經(jīng)異丙醇洗滌、100℃條件下干燥，得到鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料。
實施例2
一種鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料，具體按照以下步驟制備：
步驟1，mcm-41介孔硅材料的制備
首先將1.376g氫氧化鈉(naoh)溶解于水中，緩慢攪拌加入15.6g十六烷基三甲基溴化銨(ctab)，攪拌0.5h直到溶液澄清，劇烈攪拌條件下緩慢滴加32ml正硅酸四乙酯(teos)，滴加結(jié)束后調(diào)節(jié)ph＝9.5，繼續(xù)強烈攪拌2h促使其水解，然后再調(diào)節(jié)ph＝9.5，得到原料混合液；其中氫氧化鈉：十六烷基三甲基溴化銨：正硅酸四乙酯：水的比例為1.376g：15.6g：32ml：320ml；
將上述原料混合液轉(zhuǎn)移至自升壓反應(yīng)釜中，在110℃下晶化48h，過濾，收集白色沉淀，然后經(jīng)去離子水清洗，最后烘干得到mcm-41原粉；
將mcm-41原粉在可控升溫馬弗爐中按照1℃/min的升溫速率從室溫升至550℃，當溫度達到550℃后焙燒5h，得到mcm-41介孔硅材料；
需要說明的是，步驟1中，用氫氧化鈉或者鹽酸ph。
步驟2，雙氨基修飾介孔硅材料的制備
稱取5gmcm-41介孔硅材料置于三口燒瓶中，加入150ml甲苯，再加入n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷20ml，通入氬氣保護，在110℃恒溫油浴條件下，冷凝回流攪拌反應(yīng)6h，過濾并收集沉淀物，將沉淀物用異丙醇洗滌，然后100℃干燥，得到白色的雙氨基修飾的介孔硅材料；
步驟3，鑭負載雙氨基修飾介孔材料的制備
稱取2中得到的雙氨基修飾的介孔硅材料5g，加入100g的0.2mol/l的硝酸鑭異丙醇溶液，常溫攪拌2h，過濾，然后將所得沉淀物依次經(jīng)異丙醇洗滌、100℃條件下干燥，得到鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料。
下面結(jié)合一些實驗數(shù)據(jù)，說明本發(fā)明的方法制備而成的鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料的性能。
本發(fā)明的目的在于利用mcm-41，sba-15等介孔硅材料作為骨架材料，提供一種高效磷酸根吸附材料的制備方法。利用介孔硅材料的比表面積大，孔徑分布均一的優(yōu)點，經(jīng)過兩步改性修飾，制備出對磷酸根具有良好吸附性能的吸附材料。
取上述鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料0.1g，置于100ml磷酸根濃度為50mg/l的模擬含量廢水中，在水溶液ph為7.2條件下，25℃恒溫振蕩4h，測定剩余磷含量為10mg/l，吸附量為40mg/g，吸附率為80％。
取上述鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料1g，置于1000ml磷酸根濃度為40mg/l的模擬含量廢水中，在水溶液ph為7.2條件下，25℃恒溫振蕩4h，測定剩余磷含量為2mg/l，吸附量為38mg/g，吸附率為95％。
上述實驗數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明的方法制備而成的鑭負載雙氨基修飾介孔硅材料對磷酸根具有較高的吸附量，在制備磷酸根吸附劑方面具有良好的應(yīng)用前景。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。