[发明专利]一种镧负载双氨基修饰介孔硅材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于介孔硅材料制备技术领域，具体涉及一种镧负载双氨基修饰介孔硅材料及其制备方法。

背景技术

目前，随着含磷生活污水以及工业废书的排放，造成水体中磷酸根浓度升高，而磷酸根是水生藻类生长的限制性营养元素，磷酸根浓度的升高直接促使藻类大量繁殖，破坏了水体的原有生态平衡，引起了水体的生态灾难，最终导致了水体失去了自己原有的作用。因此如何消除水体中过量的磷酸根成为目前各国科学家的研究热点之一。

目前水中磷的去除方法主要有：生物法，化学沉淀法，人工湿地法，离子交换法和吸附法。在这些工艺中，吸附除磷工艺不仅适用而且比较经济，并且吸附除磷工艺可以收集回收磷资源，从而可以节约未来能够耗尽的磷资源。然而，目前用于吸附磷酸根的材料吸附容量低，开发一种吸附容量高的磷酸根吸附材料成为当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种镧负载双氨基修饰介孔硅材料及其制备方法，解决了吸附磷酸根的材料吸附容量低的问题。

本发明提供的镧负载双氨基修饰介孔硅材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，MCM-41介孔硅材料的制备

首先将氢氧化钠溶解于水中，搅拌加入十六烷基三甲基溴化铵，搅拌0.5h直到溶液澄清，搅拌条件下滴加正硅酸四乙酯，滴加结束后调节pH＝9.5，继续搅拌2h，然后再调节pH＝9.5，得到原料混合液；其中，氢氧化钠：十六烷基三甲基溴化铵：正硅酸四乙酯：水的比例为1.376g：15.6g：32ml：320ml；

将上述原料混合液转移至自升压反应釜中，在110℃下晶化48h，过滤，收集白色沉淀，然后经去离子水清洗，最后烘干得到MCM-41原粉；

将MCM-41原粉在可控升温马弗炉中按照1℃/min的升温速率从室温升至550℃，当温度达到550℃后焙烧5h，得到MCM-41介孔硅材料；

步骤2，双氨基修饰介孔硅材料的制备

称取MCM-41介孔硅材料置于三口烧瓶中，加入甲苯，再加入N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，其中，MCM-41介孔硅材料：甲苯：N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的比例为5g：150ml：15～20ml；然后通入氩气保护，在110℃恒温油浴条件下，冷凝回流搅拌反应6h，过滤并收集沉淀物，将沉淀物用异丙醇洗涤，然后100℃干燥，得到白色的双氨基修饰的介孔硅材料；

步骤3，镧负载双氨基修饰介孔材料的制备

称取2中得到的双氨基修饰的介孔硅材料，加入过量的0.2mol/L的硝酸镧异丙醇溶液，常温搅拌2h，过滤，然后将所得沉淀物依次经异丙醇洗涤、100℃条件下干燥，得到镧负载双氨基修饰介孔硅材料。

优选的，上述镧负载双氨基修饰介孔硅材料的制备方法中，步骤1中，用氢氧化钠或者盐酸调节pH。

优选的，上述镧负载双氨基修饰介孔硅材料的制备方法中，步骤2中，MCM-41介孔硅材料：甲苯：N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的比例为5g：150ml：20ml。

本发明还提供了一种由上述制备方法制备而成的镧负载双氨基修饰介孔硅材料。

与现有技术相比，本发明的镧负载双氨基修饰介孔硅材料及其制备方法具有以下有益效果：

1、利用MCM-41等介孔硅材料作为骨架材料，提供一种高效磷酸根吸附材料的制备方法，利用介孔硅材料的比表面积大，孔径分布均一的优点，经过两步改性修饰，制备出对磷酸根具有良好吸附性能的吸附材料。

2、介孔硅材料MCM-41等表面具有丰富的硅醇键，在一定条件下，硅烷偶联剂通过与硅醇键的水解反应，可以将特定的有机基团接枝到介孔硅材料表面，使其实现有机基团所具有的功能。本发明将双氨基接枝到介孔硅孔壁材料的表面，然后利用镧离子与双氨基的络合作用，将镧离子负载在介孔硅表面。本发明方法制备的磷酸根吸附材料为多孔的白色粉末物质，其表面负载了大量的镧离子，通过镧离子与水体中的磷酸根作用，将磷酸根固定在吸附材料表面，从而去除水中磷酸根离子，可用于污水的吸附除磷工艺，吸附容量可达38mg/g以上，在制备磷酸根吸附剂方面具有良好的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。