[发明专利]一种表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料及其制备方法和应用，属于化学及环境技术领域。

背景技术

介孔二氧化硅纳米材料具有可调的均一介孔孔径、一定的壁厚且易于掺杂的无定型骨架、高的比表面积、内外表面易于修饰。由于特有介孔的孔径，使介孔二氧化硅纳米材料具有分子筛的功能，污染物根据分子的大小选择性地通过孔径。介孔二氧化硅纳米材料有高比表面积，对水中污染物可以进行大量快速地吸附，因此在水处理中介孔二氧化硅纳米材料被广泛作为功能材料，吸附剂，催化剂及其载体。由于表面有丰富的羟基，使介孔二氧化硅纳米材料在水溶液中表现出微弱的负电性，对阳离子污染物具有较好的吸附性能，例如铜离子等；但对阴离子污染物吸附效果较差，例如重铬酸根离子等。如何利用介孔二氧化硅纳米材料快速高效地去除阴离子污染物是目前研究的热点。

聚环氧氯丙烷二甲胺(EPI-DMA)，是一种聚季铵盐强阳离子强电解质，通常作为高分子水处理剂在脱色、除油等方面广泛应用。聚环氧氯丙烷二甲胺水解稳定性好，无毒安全，耐高温，对外界pH变化也有良好稳定性，但成本较高。

针对以上两种材料的特点，本发明采用表面原位修饰的方法用聚环氧氯丙烷二甲胺(EPI-DMA)修饰介孔二氧化硅纳米材料使其功能化，以提高介孔二氧化硅纳米材料的正电性，进而提高其吸附阴离子污染物的性能。该发明具有重要的实用价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料及其制备方法和应用。本发明的表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料可以吸附污水中阴离子如CrO₄^2-离子，制备工艺简单且成本低廉，聚环氧氯丙烷二甲胺对介孔二氧化硅进行表面原位修饰，使其具有更加丰富的羟基官能团，增加亲水性和正电性。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料，所述的表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料为阳离子吸附剂，以介孔二氧化硅为基质，在介孔二氧化硅的表面原位修饰聚季铵官能团，表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料的比表面积为300-400m²g^-1，平均孔径为3-6nm，孔容为1-4m³g^-1。

根据本发明，一种表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料的制备方法，包括：

介孔二氧化硅材料制备步骤；

功能试剂溶液制备步骤；

介孔二氧化硅材料与功能试剂溶液混合制备表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料步骤；

所述的介孔二氧化硅材料与功能试剂溶液混合制备表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料步骤是：向功能试剂溶液中加入介孔二氧化硅材料，超声混合后，搅拌反应20-30min，清洗，干燥，制得表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料。

根据本发明优选的，所述的介孔二氧化硅材料制备步骤是：将模板剂用水溶解后，滴加氨水，搅拌反应后，加入硅源，搅拌反应后，先超声清洗，再清洗、干燥，高温煅烧去除模板剂，得到介孔二氧化硅材料。

根据本发明优选的，所述的模板剂为十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基溴化铵，十四烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基溴化铵；硅源为正硅酸乙酯，硅酸四甲酸，硅酸钠。

根据本发明优选的，模板剂与水的质量体积比为：(1.0-2.0)：(120-160)；单位：g/mL；溶解温度为45-55℃。

根据本发明优选的，模板剂与氨水的质量体积比为：(1.0-2.0)：(4-8)；单位：g/mL，滴加氨水后反应时间为：20-40min。

根据本发明优选的，硅源的加入量与氨水的体积比为：(5-7)：(4-6)，搅拌反应时间为：3-6h，反应后，先超声清洗8-15min，再依次用去离子水、无水乙醇各清洗三次，抽滤干燥，在500-600℃下煅烧3-6h，去除模板剂得到介孔二氧化硅材料。

根据本发明优选的，所述的功能试剂溶液制备步骤是：将功能试剂与水进行混合，并在室温下搅拌溶解，得到质量浓度为1％-30％的功能试剂溶液。

根据本发明优选的，所述的功能试剂为聚环氧氯丙烷二甲胺(EPI-DMA)。

根据本发明优选的，所述的介孔二氧化硅材料与功能试剂溶液混合制备表面原位修饰聚季铵官能团的介孔二氧化硅材料步骤中，功能试剂溶液中功能试剂与介孔二氧化硅质量比为2-30:1。