本發(fā)明屬于環(huán)境保護和水處理，具體涉及一種氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料及其制備方法和去除水體中全氟或多氟烷基物質的應用。

背景技術：

1、層狀雙金屬氫氧化物(layereddoublehydroxides,ldhs)是一類具有層狀結構的無機材料，由二價金屬離子(如mg2+)和三價金屬離子(如al3+)通過氫氧橋鍵連接而成，其一般化學式為[m2+1-xm3+x(oh)2][an-]x/n·zh2o，其中m2+和m3+分別代表二價和三價金屬離子，an-為可交換的層間陰離子。這種獨特的結構使ldhs在環(huán)境修復、催化、藥物釋放等領域具有廣泛的應用前景。

2、目前，ldhs在吸附水中污染物方面展現(xiàn)了優(yōu)異的性能。例如，ldhs可以通過離子交換作用有效去除水中的砷酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽和氟化物等陰離子污染物。其中，全氟和多氟烷基物質(per-andpolyfluoroalkylsubstances,pfass)由于其獨特的碳-氟鍵結構，具有極高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，被廣泛應用于防水涂料、滅火泡沫、紡織品和食品包裝等領域。然而，pfass難以降解，在環(huán)境中具有高度的持久性，已被證明對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)有潛在危害。但是ldhs在處理pfass這類頑固污染物時，ldhs吸附劑對pfass的選擇性吸附能力以及吸附穩(wěn)定性仍然較弱。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料及其制備方法和去除水體中全氟或多氟烷基物質的應用，本發(fā)明提供的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料在不同共存陰離子、ph值和離子強度條件下，均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和對pfass優(yōu)異的吸附性能；同時該復合材料在多次使用后仍能保持對pfass較高的吸附性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、本發(fā)明提供了一種氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料，包括層狀雙金屬氫氧化物和化學修飾在所述層狀雙金屬氫氧化物表面的氟硅烷偶聯(lián)劑。

4、優(yōu)選的，所述層狀雙金屬氫氧化物包括鎂鋁型層狀雙金屬氫氧化物。

5、優(yōu)選的，所述氟硅烷偶聯(lián)劑包括1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷。

6、本發(fā)明提供了上述技術方案所述的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料的制備方法，包括以下步驟：

7、將所述層狀雙金屬氫氧化物、醇溶劑、氟硅烷偶聯(lián)劑和催化劑混合進行偶聯(lián)反應，得到所述氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料。

8、優(yōu)選的，所述層狀雙金屬氫氧化物的質量與所述氟硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1g：(0.1～0.6)ml。

9、優(yōu)選的，所述醇溶劑包括乙醇，所述催化劑包括有機酸，所述偶聯(lián)反應的溫度為室溫，時間為24～48h。

10、本發(fā)明提供了上述技術方案所述的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料或上述技術方案所述的制備方法制備得到的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料在去除水體中全氟或多氟烷基物質中的應用。

11、優(yōu)選的，所述全氟或多氟烷基物質包括全氟丁酸、全氟戊酸、全氟己酸、全氟庚酸、全氟辛酸、全氟癸酸、全氟丁烷磺酸、全氟己烷磺酸、全氟辛烷磺酸、6∶2氟調磺酸、全氟烷基醚磺酸鹽和六氟環(huán)氧丙烷三聚酸中的一種或多種。

12、優(yōu)選的，含有全氟或多氟烷基物質的水體的ph值為3～11；含有全氟或多氟烷基物質的水體中的離子強度為1～50mm；含有全氟或多氟烷基物質的水體中還含有共存離子，所述共存離子包括硝酸根離子、氯離子、碳酸根離子和硫酸根離子中的一種或多種。

13、優(yōu)選的，所述應用包括以下步驟：向含有全氟或多氟烷基物質的水體中加入所述氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料進行吸附，得到去除全氟或多氟烷基物質的水體和吸附飽和的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料；

14、將所述吸附飽和的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料進行再生，所述再生采用再生溶液進行，所述再生溶液包括甲醇、nacl和水。

15、本發(fā)明提供了一種氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料(ldhs-fas)，包括層狀雙金屬氫氧化物和化學修飾在所述層狀雙金屬氫氧化物表面的氟硅烷偶聯(lián)劑。本發(fā)明通過采用氟硅烷偶聯(lián)劑對層狀雙金屬氫氧化物的表面進行修飾，能有效提高得到的復合材料對pfass的吸附性能。氟硅烷偶聯(lián)劑具有較高的疏水性，能夠通過氟-氟相互作用和疏水相互作用顯著增強ldhs對pfass的選擇性吸附能力。此外，本發(fā)明提供的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料在不同共存陰離子、ph值和離子強度條件下，均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和吸附性能。再生循環(huán)實驗結果表明，該材料在多次使用后仍能保持較高的吸附性能。

16、本發(fā)明提供了上述技術方案所述的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料的制備方法，包括以下步驟：將所述層狀雙金屬氫氧化物、醇溶劑、氟硅烷偶聯(lián)劑和催化劑混合進行偶聯(lián)反應，得到所述氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料。本發(fā)明提供的制備方法無需高溫高壓，僅采用室溫條件，通過共沉淀和表面修飾制備高純度、高收率的ldhs-fas材料。該方法綠色環(huán)保，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的ldhs-fas具有優(yōu)異的pfass吸附性能，適用于去除地下水和工業(yè)廢水中的pfass污染物。

技術特征：

1.一種氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料，其特征在于，包括層狀雙金屬氫氧化物和化學修飾在所述層狀雙金屬氫氧化物表面的氟硅烷偶聯(lián)劑。

2.根據(jù)權利要求1所述的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料，其特征在于，所述層狀雙金屬氫氧化物包括鎂鋁型層狀雙金屬氫氧化物。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料，其特征在于，所述氟硅烷偶聯(lián)劑包括1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷。

4.權利要求1～3任一項所述的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述層狀雙金屬氫氧化物的質量與所述氟硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1g：(0.1～0.6)ml。

6.根據(jù)權利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述醇溶劑包括乙醇，所述催化劑包括有機酸，所述偶聯(lián)反應的溫度為室溫，時間為24～48h。

7.權利要求1～3任一項所述的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料或權利要求4～6任一項所述的制備方法制備得到的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料在去除水體中全氟或多氟烷基物質中的應用。

8.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，所述全氟或多氟烷基物質包括全氟丁酸、全氟戊酸、全氟己酸、全氟庚酸、全氟辛酸、全氟癸酸、全氟丁烷磺酸、全氟己烷磺酸、全氟辛烷磺酸、6∶2氟調磺酸、全氟烷基醚磺酸鹽和六氟環(huán)氧丙烷三聚酸中的一種或多種。

9.根據(jù)權利要求7或8所述的應用，其特征在于，含有全氟或多氟烷基物質的水體的ph值為3～11；含有全氟或多氟烷基物質的水體中的離子強度為1～50mm；含有全氟或多氟烷基物質的水體中還含有共存離子，所述共存離子包括硝酸根離子、氯離子、碳酸根離子和硫酸根離子中的一種或多種。

10.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，所述應用包括以下步驟：向含有全氟或多氟烷基物質的水體中加入所述氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料進行吸附，得到去除全氟或多氟烷基物質的水體和吸附飽和的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料；

技術總結
本發(fā)明屬于環(huán)境保護和水處理技術領域，具體涉及一種氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料及其制備方法和去除水體中全氟或多氟烷基物質的應用。本發(fā)明提供的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料，包括層狀雙金屬氫氧化物和化學修飾在所述層狀雙金屬氫氧化物表面的氟硅烷偶聯(lián)劑。本發(fā)明能有效提高復合材料對PFASs的吸附性能，顯著增強LDHs對PFASs的選擇性吸附能力。此外，本發(fā)明提供的氟硅烷偶聯(lián)層狀雙金屬氫氧化物復合材料在不同共存陰離子、pH值和離子強度條件下，均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和吸附性能。再生循環(huán)實驗結果表明，本發(fā)明提供的材料在多次使用后仍能保持較高的吸附性能。

技術研發(fā)人員：魏昌龍,咸傲,宋昕,張堯,唐志文
受保護的技術使用者：中國科學院南京土壤研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9