[发明专利]一种处理重金属的有机无机杂化材料及其制备方法

说明书

一种处理重金属的有机无机杂化材料是由硅烷化二烷基季铵盐与正硅酸乙酯共同水解，在黄铁矿表面包裹形成的有机无机杂化材料。其结构式如下所示：其中n＝2或4。本发明具有对Cr或Re重金属选择性吸附，处理效果好的优点。

技术领域

本发明属于水体中重金属处理技术领域，具体涉及一种处理水中Cr(Ⅵ)、Re(VII)重金属的有机无机杂化材料及其制备方法。

背景技术

铬(Cr)是电镀、染料、皮革、合金行业中广泛应用的重金属之一。上述工业中含Cr废水排放、Cr渣排放、以及Cr渣堆渗滤是导致水环境Cr污染的重要原因。Cr在环境中主要以Cr(Ⅵ)和Cr(III)形式存在。其中Cr(Ⅵ)毒性较大，是国际公认的致癌金属之一。我国“污水综合排放标准(GB 8978-1996)”中规定Cr(Ⅵ)为第一类污染物，允许排放最高浓度为0.5mg/L。因此，对水环境中Cr(Ⅵ)的处理非常必要。此外，铼(Re)本身不具备环境污染特性，但其物理化学行为与核反应堆主要裂变产物锝(Tc)非常接近，Re(VII)常用于模拟水体中放射性Tc的吸附固定，因此开发水体中Re(VII)的分离固定技术受到人们广泛关注。

Cr(Ⅵ)和Re(VII)在水体中均以金属氧酸阴离子形式存在，目前主要的处理方式有沉淀法、吸附法、离子交换法、还原固定法等。上述方法主要不足在于：1.无法选择性吸附处理Cr(Ⅵ)或Re(VII)。由于环境中的水体内存在多种阴离子，特别是SO₄^2-等具有与CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-、ReO₄^-阴离子类似的结构，沉淀法、吸附法、还原固定法均不能实现对Cr(Ⅵ)或Re(VII)的选择性吸附；2.存在Cr(Ⅵ)或Re(VII)的吸附-解吸平衡，不能实现有效分离。吸附法、离子交换法存在吸附材料与水体中Cr(Ⅵ)或Re(VII)阴离子的吸附平衡，不能对其实现有效固定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种对Cr或Re重金属选择性吸附，处理效果好的有机无机杂化材料及其制备方法。

本发明提出了先制备了硅烷化二烷基季铵盐，然后将硅烷化二烷基季铵盐的有机硅部分与黄铁矿表面反应，制备了黄铁矿表面有机季铵盐阳离子改性的有机无机杂化材料。有机/无机杂化材料选择性吸附并还原固定Cr(Ⅵ)或Re(VII)的方法：1.选择性吸附。将硅烷化二烷基季铵盐通过Si-O键固化在黄铁矿表面，形成了季铵盐阳离子有机框架结构，通过季铵盐阳离子正电中心与Cr(Ⅵ)、Re(VII)阴离子的静电相互作用进行吸附，并通过阳离子有机框架空间结构实现对Cr(Ⅵ)、Re(VII)阴离子的选择性吸附。2.还原固定。黄铁矿(FeS₂)可将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，并以Cr₂S₃的形式固定在杂化材料表面；也可将Re(VII)还原为Re(IV)，并以Re₂S_x的形式固定在杂化材料表面。本发明制备的有机无机杂化材料具有对水环境中Cr(Ⅵ)、Re(VII)选择性吸附，并还原固定的性能，在治理水环境中Cr(Ⅵ)污染，以及水体中放射性Tc治理方面有良好的应用前景。

本发明所述有机无机杂化材料的特征在于：该杂化材料是硅烷化二烷基季铵盐与正硅酸乙酯共同水解，在黄铁矿表面包裹形成的有机无机杂化材料，其结构式如下所示：

其中n＝2或4；

本发明中所述的硅烷化二烷基季铵盐，具体为双(3-(三乙氧基硅基)丙基)二乙基氯化铵，或双(3-(三乙氧基硅基)丙基)二丁基氯化铵。化学结构式如下所示：

其中n＝2或4；

本发明所述有机无机杂化材料的具体制备过程如下：