[发明专利]一种氨基功能化有序介孔碳材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能材料及其制备方法和应用的技术领域，特别是氨基功能化有序介孔碳材料及其制备方法和应用。 

背景技术

随着社会的发展尤其是工业的发展，重金属污染已经成为日益严重的环境问题，而其中的铬污染是一大重点和难点。含铬废水的主要来源是采矿、化工、电镀、皮革等工业废水和垃圾渗滤液等。铬在自然界中主要有Cr(VI)和Cr(III)两种较稳定的价态，不同价态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。废水中Cr(VI)主要以CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-的形式存在，具有强毒性，可致癌、致畸、致突变，对生态环境和人类健康构成严重威胁。因此，Cr(VI)含量是水质污染控制指标中的重要项目，必须严格处理含铬废水。 

目前，处理含Cr(VI)废水的方法主要有吸附、离子交换、反渗透、膜分离、电渗析等。其中，吸附法具有操作简便、适用范围广、可回收有用物质等优点，被认为是最具有应用潜力的污水净化措施。常用的多孔吸附剂有：活性炭、沸石和粘土等。但在实际应用时，存在吸附容量低、吸附速率慢和选择性差等缺点，仅利用物理吸附，不足以高效的去除废水中的Cr(VI)。因此，研究者们通过对多孔材料进行化学修饰，来增强其吸附性能：Wang等[L.Wang,W.Liu,T.Wang and J.Ni,Chemical Engineering Journal.225(2013)153-163]对钛纳米管进行氨基功能化，用于废水中重金属的高效吸附。Li等[J.Li,X.Mao,Y.Hao,J.Zhao,X.Sun and L.Wang,Journal of Colloid and Interface Science.318(2008)309–314]通过对介孔硅材料进行氨基接枝，增强材料对Cr(VI)的吸附性能。可见，为提高介孔材料的吸附性能、扩展其应用领域，选择其他种类的介孔材料进行化学修饰，也备受研究者们的关注。 

有序介孔碳材料是一种新型纳米结构材料。除了具有孔径分布窄，孔道结构规则，比表面积及孔容大等特点外，还具有良好的化学稳定性以及导热导电性能，在吸附、分离、催化剂载体、环境修复以及光、电、磁等领域均展现出广阔的应用前景。相较于传统的沸石、活性炭等无序多孔材料，有序介孔碳由于其自身特性在吸附和物料传递等方面更具优势。但由于有序介孔碳材料具有疏水性和表面惰性，难以直接进行官能团的接枝。处理类似的碳材料，例如：碳纳米管，Peng等[H.Peng,L B.Alemany,J L.Margrave,and V N.Khabashesku,Journal of American Chemical Society. 125(2003)15174–15182]采用多种有机酸对碳纳米管进行氧化后，利用氯化亚砜对其进行氯化，再使用乙二胺对碳纳米管进行胺化处理。该处理方法不仅过程复杂，还使用了氯化亚砜这种强刺激性、对环境有污染的试剂，不利于工业上的大批量生产。在现有技术中，尚无对硝酸氧化后的有序介孔碳直接进行氨基的接枝，来制备氨基功能化有序介孔碳材料的相关报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种氨基功能化有序介孔碳材料及其制备方法和应用。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种氨基功能化有序介孔碳材料，所述材料具有高度有序、孔径分布均一的孔道结构，其孔道内均匀地修饰了含氨基的硅烷基团，该基团化学式为：所述材料结构如下： 

一种氨基功能化有序介孔碳材料的制备方法，通过以下步骤完成： 

(1)合成有序介孔碳； 

(2)取一定量的有序介孔碳投入到硝酸溶液中进行氧化，在50～60℃下搅拌2h，将产物抽滤、清洗，置于真空干燥箱中干燥； 

(3)将干燥好的产物分散于无水甲苯中，加入有机硅烷偶联剂，在85～95℃下回流24h，将产物抽滤、洗涤，置于真空干燥箱中干燥； 

(4)用稀盐酸溶液对干燥产物进行质子化，室温下搅拌6h，将产物过滤后，置于真空干燥箱中干燥，制得氨基功能化有序介孔碳材料。 

上述第(1)步骤中所述的有序介孔碳采用软模板法合成。 

上述第(2)步骤中所述的有序介孔碳与硝酸的摩尔比为1：14，所用硝酸溶液的浓度为2～6mol/L，优选4mol/L。