[发明专利]一种功能二氧化硅纳米材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，更具体的说是涉及一种功能二氧化硅纳米材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因为具有较高的比表面积而被广泛应用，在众多的纳米材料中，二氧化硅纳米材料因其具有稳定性好、可重复利用、机械强度高、比表面积大等优点而被广泛应用。但未经改性的二氧化硅纳米材料其吸附量不够大，还达不到商业应用的要求，需要对其进行改性修饰。

随着科学技术的发展，水污染问题变得越来越严重，染料废水已成为当前最重要的水体污染源之一。纺织、造纸和塑料等许多行业在生产过程排放出大量的染料废水。印染废水具有色度高、化学成分复杂、难生化降解等特点，有的还具有致癌作用。因此这些染料废水必须经过处理才能排放。

染料污染物具有高生物需氧量（BOD）、高化学需氧量（COD）、高毒性、高致癌性等特点，且这些染料具有复杂的芳香结构，使其性质稳定难以降解。因此，如何有效地处理染料废水是非常重要的且亟待解决的问题之一。

染料废水通常通过物理化学方法进行处理。这些方法包括吸附、絮凝浮选、膜过滤、电动混凝、离子交换、辐射、沉降、生物处理和臭氧化处理等方法。然而，这些染料污水处理技术通常有，如产生二次污染，费用较为昂贵等缺点。在这些处理方法中吸附法因其效率高，操作简便和能源消耗低成为应用最多的方法。吸附法通常采用多孔性固相物质如活性炭、树脂、天然矿物、废弃物等作为吸附剂。但由于活性炭、树脂价格昂贵，使用成本高; 天然矿物、废弃物容易造成二次污染。所以开发高效、廉价、来源广泛、再生容易的吸附剂是目前研究的热点。

在最近几年中，许多价格低廉而又有效的材料被用作处理染料污水的吸附剂。许多非传统的低成本吸附剂，包括粘土材料、沸石、硅材料、生物吸附剂、壳聚糖、农业、工业废弃物等被得到广泛地应用。高分子复合材料因其具有大量的功能团和高选择性已被用作一种有效的吸附剂，但这种吸附剂也有自身的缺点，如不易从水溶液中分离等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种功能二氧化硅纳米材料、制备方法及其应用，该功能二氧化硅纳米材料可用作吸附剂，能够更有效快速的处理染料废水，同时功能二氧化硅纳米材料中含有大量的季铵盐使其吸附能力受溶液pH影响较小，可以在更宽的pH范围内使用，且易与水溶液分离。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种功能二氧化硅纳米材料QPEI/SiO₂，其结构示意式为：

式中：为纳米SiO₂；

功能二氧化硅纳米材料PEI/SiO₂作为吸附剂的应用。

一种功能二氧化硅纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

A、二氧化硅纳米材料的表面改性：将二氧化硅纳米材料分散在醇中，量取适量的γ-氯丙基三乙氧基硅烷，加入反应容器中，搅拌，加热至醇沸点以上，恒温回流反应8~12 h，使氯丙基耦合在二氧化硅纳米材料表面；反应完成后，离心分离，并用醇进洗涤，洗涤后的产物干燥处理，得到氯丙基化的二氧化硅纳米材料，即CP/SiO₂纳米材料；二氧化硅纳米材料、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、醇的质量比为：1: (0.5~1): (6~8)，所述二氧化硅纳米材料粒度为90~150nm，所述恒温干燥温度为100~150℃，干燥时间为12~24 h；

B、表面改性的二氧化硅纳米材料接枝聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺简写为PEI：将氯丙基化的二氧化硅纳米材料分散到水中，加入适量的PEI，将混合液加热，回流反应，反应结束后对反应液离心分离，并洗涤样品，除去残留的PEI，干燥后得到PEI/SiO₂ 纳米材料；所述回流反应条件为：90~100 ℃回流反应10~12 h，所述表面改性的二氧化硅纳米材料、PEI在混合液中的浓度分别为：0.1~0.15 g/g和0.2~0.3 g/g；干燥温度为60~100 ℃，干燥时间为8~12 h；