[发明专利]Ni2+吸附剂的制备及其吸附方法

说明书

技术领域

本发明属于介孔材料技术领域，具体涉及Ni²⁺吸附剂的制备及其吸附方法。

背景技术

镍离子（Ni²⁺）是常见的重金属污染物，金属加工、电镀、化工陶瓷和玻璃等行业每年都产生大量的含Ni²⁺废水。含Ni²⁺废水毒性大、不易进行生化降解、处理难度大，目前主要处理方法有吸附法、沉淀法、离子交换法和电化学法等。其中吸附法工艺简单，吸附剂可重复使用，尤其对低浓度重金属Ni²⁺进行深度处理方面具有独特的优势。

传统的吸附重金属离子的材料包括活性炭、树脂、沸石和粘土等。但这些材料存在孔径分布宽、比表面小、孔道结构不均匀和对金属离子的选择性不好等缺点。硅基介孔材料具有有序的孔道结构、较大的孔容和较高的比表面积且表面易于进行化学改性等特点，可以作为新型的多孔吸附剂或吸附剂载体，在吸附、催化以及分离物质等领域中具有十分广泛的应用。目前报道的改性后的对重金属离子有吸附作用的介孔材料大多数都是经过有机硫醇/醚、胺类、咪唑等有机基团改性的，不可避免的存在一定的毒性。在吸附剂完成对重金属离子的吸附后，很可能造成二次污染。氨基酸本身无毒，利用金属元素容易与含有特定官能团的氨基酸进行配位生成化合物的特点，实现对硅基介孔材料的改性，可以达到去除有害重金属离子的目的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种Ni²⁺吸附剂的制备及其吸附方法，利用氨基酸来源广泛、无毒、低廉和配位能力强等特点，在合成硅基介孔材料的基础上，采用后移植的方法，将氨基酸修饰在硅基介孔材料上，借此改变介孔材料对重金属离子Ni²⁺的吸附能力与吸附选择性。

本发明的技术解决方案是该Ni²⁺吸附剂的制备方法包括以下步骤：

（1）硅基介孔材料SBA-15的氨基功能化：以正硅酸四乙酯为硅源，三嵌段共聚物（P123，EO₂₀PO₇₀EO₂₀）为模板剂，合成硅基介孔材料SBA-15；再通过烷基偶联法将3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰到硅基介孔材料SBA-15的内表面，得到氨基功能化的硅基介孔材料NH₂-SBA-15；

（2）NH₂-SBA-15的氨基酸改性：采用后移植法将氨基酸嫁接到NH₂-SBA-15上，得到氨基酸改性后的硅基介孔材料，即吸附剂。

其中，步骤（1）中，硅基介孔材料SBA-15的氨基功能化的具体步骤是：首先，制备硅基介孔材料SBA-15：在40℃下，将P123溶入去离子水中，再加入2 mol·L^-1HCl，剧烈搅拌；2 h后，滴加正硅酸四乙酯，保持40℃继续搅拌20 h；然后将混合物转入密闭的反应釜中，在105 ℃下晶化24 h；之后，将得到的产物进行抽滤，用无水乙醇和去离子水洗涤三次；得到的固体粉末在85 ℃下用无水乙醇萃取36 h，再于85 ℃下真空干燥4 h，得到的白色固体粉末即为硅基介孔材料SBA-15；其中各个原料的质量比为P123：正硅酸四乙酯：HCl (2 mol·L^-1)：H₂O = 2：4.25：60：15；其次，进行硅基介孔材料SBA-15的氨基功能化：在N₂保护下，将SBA-15粉末溶入干燥的甲苯中，滴加APTES，在110℃下回流18 h；将得到的产物抽滤，用甲苯和无水乙醇进行洗涤；产物在70 ℃下真空干燥12 h，得到的粉末即为NH₂-SBA-15；其中，各个原料的用量为SBA-15：甲苯：APTES = 1：30：1（m/v/v）。

其中，步骤（2）中，NH₂-SBA-15的氨基酸改性的具体步骤是：在N₂保护下，以二甲基甲酰胺为溶剂，加入NH₂-SBA-15、氨基酸、二环己基碳二亚胺以及4-二甲氨基吡啶，反应温度为85℃，反应时间为40~60 h；将产物抽滤，依次使用二甲基甲酰胺和无水乙醇洗涤，干燥，得到氨基酸改性的硅基介孔材料，即吸附剂；其中，各个原料的质量比为NH₂-SBA-15：氨基酸：二环己基碳二亚胺：4-二甲氨基吡啶= 1：5：15：1。

其中，步骤（2）中，所述氨基酸为L-组氨酸、L-甲硫氨酸以及L-半胱氨酸中任一种。