一種新型多級(jí)孔復(fù)合材料的制備及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型多級(jí)孔復(fù)合材料的制備方法及其 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化作用與湖水中磷的含量有非常重要的關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)表明：當(dāng)磷的濃 度不高于0. 〇lmg/l時(shí)，湖泊一般情況下不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化；當(dāng)濃度在0. 02mg/l~ lmg/1時(shí)，適當(dāng)?shù)臈l件下湖泊就會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化。因此低濃度的磷也會(huì)對(duì)水體造成 危害。
[0003] 多級(jí)孔復(fù)合材料作為一種新興的材料，比如微孔-介孔復(fù)合材料，由于其具有微 孔和介孔的雙重特性，使其在一些吸附反應(yīng)中表現(xiàn)出了很高的吸附容量。微孔為反應(yīng)物提 供孔道和擇形效應(yīng)，介孔的存在使反應(yīng)物更容易接觸到活性中心，促進(jìn)產(chǎn)物的分離富集。
[0004] 除磷的方法有多種，其中吸附法具有操作簡(jiǎn)單、方便、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)等無可比擬 的優(yōu)勢(shì)。目前所研宄報(bào)道的除磷吸附劑有很多種，然而普遍存在吸附容量低、吸附速率慢或 價(jià)格昂貴等不足。近期的研宄發(fā)現(xiàn)，介孔分子篩有望成為一類新型除磷吸附劑，是目前除 磷領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)。介孔材料具有高度有序排列的孔道結(jié)構(gòu)、孔徑均勻且尺寸可調(diào)（2~ 50nm)，比表面積大、吸附容量高、熱穩(wěn)定性好和無毒性等優(yōu)點(diǎn)，并且介孔材料孔道表面具有 均勻的易于修飾的硅羥基等特點(diǎn)，因此，介孔材料在環(huán)保領(lǐng)域中吸附重金屬離子、有機(jī)污染 物、放射性核素等方面具有較大的應(yīng)用價(jià)值。單純的無機(jī)材料在吸附過程中的吸附效果往 往不盡如人意，而有機(jī)改性是賦予無機(jī)材料功能化特性，從而提高吸附劑吸附效果和吸附 速率的有效手段。隨著對(duì)吸附劑研宄的進(jìn)一步發(fā)展，許多研宄者開始致力于對(duì)無機(jī)材料進(jìn) 行有機(jī)改性，從而制備出兼具有有機(jī)官能團(tuán)的功能性、又有無機(jī)基體的優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)改性無 機(jī)材料吸附劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種多級(jí)孔復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng) 用，所制備的多級(jí)孔復(fù)合材料具有高度有序排列的孔道結(jié)構(gòu)、孔徑均勻且尺寸可調(diào)，比表面 積大、吸附容量高、熱穩(wěn)定性好和無毒性等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于磷具有較高的吸附容量和較快的 吸附速率。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007] 一種多級(jí)孔復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] (1)取脫脂棉溶于稀硫酸中，在45°C水浴下保持機(jī)械攪拌，取出稀釋，離心回收沉 淀物并用蒸餾水洗滌至無法離心為止，再裝入透析袋中進(jìn)行透析，得到濃度為3wt%纖維素 納米晶，加去離子水稀釋至0. 5wt % ;
[0009] (2)向圓底燒瓶中加入去離子水和乙醇共60ml，其中，去離子水與乙醇溶液的 體積比為1. 5:1~2. 5:1，十六烷基三甲基溴化銨（CTAB) 25~35mg，30°C水浴下攪拌至 CTAB呈膠束狀態(tài)，再加入氨水400~600ul，加入步驟（1)0. 5wt %纖維素納米晶水溶液 3. 5-4 5ml，IOmin后加入硅酸四乙酯80~120ul，繼續(xù)30°C水浴2h ;
[0010] (3)待步驟⑵反應(yīng)結(jié)束，抽濾，用去離子水和乙醇洗滌三遍，取出放置于60°C烘 箱中蒸干，1_2°C /min的升溫速率升溫至530-550°C煅燒6h，得到多級(jí)孔納米材料；
[0011] (4)將步驟（3)得到的多級(jí)孔納米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸鑭晶體， 鑭硅的摩爾比為1:5,在60°C下水浴攪拌8-12h，烘干，以2-3°C /min的升溫速率升溫至 530-550 °C煅燒6h，得到多級(jí)孔復(fù)合材料。
[0012] 優(yōu)選地，步驟（2)中去離子水與乙醇溶液的體積比為2:1。
[0013] 優(yōu)選地，CTAB的量為30mg，氨水的量為500ul，0. 5wt%纖維素納米晶水溶液的量 為4ml，娃酸四乙酯的量為IOOul。
[0014] 優(yōu)選地，步驟（3)中煅燒的溫度為540°C。
[0015] 優(yōu)選地，步驟（4)中水浴攪拌時(shí)間為10h，煅燒的溫度為540°C。
[0016] 所述制備方法制備的多級(jí)孔復(fù)合材料用于重磷酸根離子的選擇性吸附分離。
[0017] 本發(fā)明向多級(jí)孔材料中參雜鑭元素，具有高度有序排列的孔道結(jié)構(gòu)、孔徑均勻且 尺寸可調(diào)，比表面積大、吸附容量高、熱穩(wěn)定性好和無毒性等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于磷具有較高的 吸附容量和較快的吸附速率，因此將該復(fù)合材料應(yīng)用于吸附湖泊河流等低濃度磷的水體中 的磷元素有較高的實(shí)際意義。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] (1)采用高比表面介孔材料，極大地提高了材料的吸附容量，且制備過程簡(jiǎn)單易操 作。
[0020] (2)使用硝酸鑭作為配體，與其他價(jià)格高昂的配體相比，極大地降低了材料的生產(chǎn) 成本。
[0021] (3)利用本發(fā)明獲得的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料吸附可以對(duì)幾種重磷酸根離子進(jìn)行高效 的、高選擇性吸附分離。
【附圖說明】
[0022] 圖1為多級(jí)孔復(fù)合材料透射電鏡圖。圖中顯示出明顯有序多級(jí)孔和微孔孔道結(jié)構(gòu) 和孔道內(nèi)參雜的物質(zhì)。
[0023] 圖2為多級(jí)孔復(fù)合材料掃描電鏡圖，圖中顯示出明顯有序多級(jí)孔孔和微孔孔道結(jié) 構(gòu)。
[0024] 圖3為多級(jí)孔復(fù)合材料掃描電鏡圖對(duì)應(yīng)的EDS圖譜，圖中顯示出材料表面成功參 雜上鑭元素。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不限于此。
[0026] 實(shí)施例1 :
[0027] (1)取5. Og脫脂棉溶解于75ml濃度為45%的稀硫酸溶液中，置于45°C水浴鍋中 恒溫，保持機(jī)械攪拌2h，稀釋10倍至675ml，在4500r/min轉(zhuǎn)速下離心，并加入蒸餾水洗絳 至不能離心為止，透析至pH為2. 3,得到濃度為3. 5wt %纖維素納米晶，加去離子水稀釋至 0· 6wt % 〇
[0028] (2)向圓底燒瓶中加入36ml去離子水、24ml乙醇、25mgCTAB，于30°C水浴中強(qiáng)拌 30min，再加入氨水400ul，加入步驟（1)得到的稀釋后的0. 6wt%纖維素納米晶3. 5ml，攪拌 IOmin后加入硅酸四乙酯80ul，繼續(xù)在30°C水浴中恒溫2h。
[0029] (3)待步驟⑵反應(yīng)結(jié)束，抽濾，用去離子水和乙醇洗滌三遍，取出放置于60°C烘 箱中蒸干，以3°C /min的升溫至530°C煅燒6h，得到多級(jí)孔納米材料。
[0030] (4)將步驟（3)得到的多級(jí)孔納米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸鑭晶體使溶 液中硅鑭的摩爾比為1:5,在60°C水浴中恒溫并攪拌10h，烘干，以2°C/min的升溫至530°C 煅燒6h，得到改性介孔硅膜材料，即多級(jí)孔復(fù)合材料。
[0031] 實(shí)施例2:
[0032]