[发明专利]氨基功能化介孔氧化铝基双功能吸附剂的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及负载型氧化铝复合材料制备和应用的技术领域，确切地说是一种用于剧毒污染物Cr(VI)和主要温室气体CO₂吸附的氨基功能化介孔氧化铝基双功能复合吸附剂的制备方法和应用。

背景技术

重金属铬污染主要来源于采矿、化工、电镀、皮革等工业废水和垃圾渗滤液等。铬在水环境中存在的价态主要是Cr(III)和Cr(VI)，其中Cr(VI)一般以Cr₂O₄^2-、Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-三种阴离子形式存在，受水中有机物、氧化还原物质、温度和硬度等条件的影响。不同铬化合物的毒性不同，以Cr(VI)的毒性最大，其毒性是Cr(III)毒性的100倍，且容易被人体吸收并在身体内蓄积。铬对人体的危害主要表现为：（1）对皮肤有刺激和过敏作用；（2）会引起鼻中隔膜穿孔、咽喉炎和肺炎等呼吸系统损害；（3）会对肠胃和肝脏造成不良影响；（4）长期接触会导致肺癌。此外，海洋水生生物对铬有较强的富集能力，铬浓度为5mg/L时会使鱼类中毒，而浓度达20mg/L时可使鱼类死亡；土壤中过量的铬能抑制玉米、水稻、棉花和萝卜等农作物的生长，使其不同程度的减产，并可降低农作物的发芽率和根的数量。鉴于Cr(VI)污染的严重危害，对其治理就显得非常必要。

和液液萃取、离子交换、反渗透、化学沉淀和膜分离等在内的废水处理方法相比，吸附法具有简便、容易操作、选择性高和通用性强等优点，尤其是它能够有效净化低浓度的重金属离子废水。CN101890338A公开了一种纳米SiO₂吸附材料的制备方法和用途。首先制备纳米SiO₂，并将其在110℃下预处理4h；将预处理后的纳米SiO₂溶于甲苯中，超声脱气，加入氨丙基三乙氧基硅烷等功能化试剂后，再次超声脱气。在N₂保护条件下于75~80℃下搅拌反应7h以上，之后加入ClOC-C₆H₄CH₂P(C₆H₅)₃Br、1,2-二氯乙烷和无水吡啶，在80℃反应6h以上制得功能化纳米SiO₂吸附材料，并将其用于环境中痕量Cr₂O₇^2-的分离/富集。但该方法存在着工序较多、工艺复杂、条件苛刻和甲苯等有机溶剂有毒的严重缺点。

近年来，“温室效应”引起的气候变暖已成为一个全球性环境问题，而煤等化石燃料燃烧产生的CO₂是导致全球变暖的主因。CO₂的捕获和储存被视为温室气体减排的最有效手段之一，目前CO₂的捕获分离方法主要有溶剂吸收法、膜分离法和多孔固体吸附法等。溶剂吸收法可以很好地实现CO₂的分离，但能耗大、费用高、对设备腐蚀严重。膜分离法中的膜材质主要是高分子聚合物，此类材料不仅再生性能较差，而且高温下易于分解，限制了其应用。多孔固体吸附法较容易实现吸附-脱附循环过程，采用的固体吸附剂包括碳（基）材料、沸石、金属有机框架化合物、金属氧化物和水滑石类化合物等，通过负载有机胺对其进行改性，提高其表面碱性位数量和碱强度是提高其CO₂吸附能力的有效方法。

CN102284273A公开了一种复合型介孔硅/有机质CO₂吸附剂的制备方法和应用，该方法首先制备出介孔分子筛MCF和SBA-15，然后采用浸渍法在介孔材料表面负载聚乙烯亚胺、四乙烯五胺和聚乙二醇等有机改性物质，以提高吸附剂对CO₂的吸附选择性和多次吸脱附的稳定性。但该方法首先需要制备出介孔分子筛载体，再通过浸渍工序制备出产物，工艺较复杂，而且焙烧脱除模板剂的过程还会消耗大量能量并破坏前驱物的孔结构。

综上，开发制备方法简便、条件温和、对剧毒污染物Cr(VI)和温室气体CO₂都具有优异吸附性能的低成本双功能吸附剂具有重要的科学意义和良好的应用前景。

发明内容