一种氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于毒性Cr(Ⅵ)吸附的氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜的制备方法。该方法是：首先，在酸性条件下解胶工业拟薄水铝石粉体，胶溶的同时加入成膜助剂聚乙烯醇，混合搅拌一段时间后对溶胶进行水热处理，溶胶产物经流延成型、干燥和焙烧后制得γ-Al2O3薄膜。随后，在N2保护下，将γ-Al2O3薄膜在含有氨基硅烷的溶剂中回流一段时间后，经洗涤、干燥制得氨基硅烷改性的γ-Al2O3薄膜。和改性前的γ-Al2O3薄膜相比，本方法所制备的氨基硅烷改性的γ-Al2O3薄膜对水体中的毒性Cr(Ⅵ)具有更高的去除率和更大的吸附量；此外，吸附Cr(Ⅵ)后的薄膜易于从水体中分离，有效地解决了粉体吸附剂分离回收过程复杂的问题，大幅度地提高了分离效率。

Method for preparing amino silane modified gamma -Al2O3 film

The invention relates to a method for preparing amino silane modified gamma -Al2O3 film for toxic Cr (VI) adsorption. The method is: firstly, rubber industry of pseudoboehmite powder solution under acidic conditions, at the same time peptised join coalescents polyvinyl alcohol, mixing after a period of time of sol hydrothermal process, sol products by casting molding, drying and baking of gamma -Al2O3 films. Then, under the protection of N2, the -Al2O3 film was modified by the method of washing and drying, and then the -Al2O3 film was modified by washing and drying. Compared with the modified gamma -Al2O3 film before, and the prepared amino silane modified by gamma -Al2O3 films on the toxicity of Cr (VI) in water has a higher removal rate and larger adsorption capacity; in addition, the adsorption of Cr (VI) after the film is easy to separate from the water, effectively to solve the powder adsorbent for separation and recovery of the complex process, greatly improve the separation efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氨基硅烷接枝改性γ-Al2O3基复合材料制备和应用的
，确切地说是一种用于剧毒污染物Cr(VI)吸附的氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜的制备方法。
技术介绍
含Cr(Ⅵ)离子的废水因其具有污染物来源广泛、对动植物毒性大的特点而直接威胁着人类的生存和生活环境，因此，研究如何降低Cr(Ⅵ)废水的浓度，减小或消除其对环境的损害具有重要的现实意义。在众多Cr(Ⅵ)的去除方法中，吸附法具有操作简单、成本低廉和去除率高等优点而受到广泛的关注，而吸附法的关键则是开发去除率高、吸附量大和循环再生吸附性能优异的多孔吸附剂。纳米氧化铝材料具有丰富的孔道结构、较高的比表面积和孔径可调等特点，在水体污染物去除领域受到了关注。CN103071449B公开了一种氨基功能化介孔氧化铝基双功能吸附剂的制备方法和应用，在室温下向Pluronic三嵌段共聚物P123或F127的乙醇溶液中加入浓硝酸或浓盐酸，搅拌均匀后加入异丙醇铝，将搅拌形成的溶液恒温蒸发，制得介孔氧化铝—P123或F127复合原粉；再将原粉用四乙烯五胺、聚乙烯亚胺或三乙醇胺浸渍改性，制得所述吸附剂，其在1min内对Cr(Ⅵ)的去除率可达90％以上，对Cr(Ⅵ)浓度小于50mg/L溶液的去除率可达100％。Cai等人(WeiquanCai,YuzhenHu,JianChen,etal.Synthesisofnanorod-likemesoporousγ-Al2O3withenhancedaffinitytowardsCongoredremoval:Effectsofanionsandstructure-directingagents[J].CrystEngComm,2012,14,972–977)则以无机铝盐为铝源合成了具有独特棒状结构的γ-Al2O3并研究了其对刚果红的吸附性能，结果表明用硫酸铝做铝源、P123做结构调节剂所制备的样品表现出了更好的吸附性能，在2min内对刚果红的吸附量可达99.2mg/g。但在实际应用过程中，由于上述吸附剂的存在形式均为粉体，吸附污染物后的产物不仅从水体中分离困难，而且水体中残存的粉体还会导致二次污染，这些不足严重制约了粉体吸附材料的推广和应用。无机膜材料具有机械性能和化学稳定性好、吸附污染物后容易从水体中分离等优良特性，已开始应用于吸附分离领域。Zhao等人(ZhaoZG,NagaiN,KodairaT,etal.Surfacetreatment-andcalcinationtemperature-dependentadsorptionofmethylorangemoleculesinwastewateronself-standingaluminananofiberfilms[J].JournalofMaterialsChemistry,2011,21(38):14984-14989.)研究了氧化铝非担载膜对水体中甲基橙的吸附性能，研究表明焙烧温度和表面酸碱性对甲基橙的吸附量具有显著的影响。Essawy等人(EssawyAA,AliEH,Abdel-MottalebMSA.Applicationofnovelcopolymer-TiO2membranesforsometextiledyesadsorptiveremovalfromaqueoussolutionandphotocatalyticdecolorization[J].JournalofHazardousMaterials,2008,157(2-3):547–552.)报道了一种有机-无机复合薄膜材料的制备方法，并研究了其对染料的吸附性能。但迄今为止，制备γ-Al2O3薄膜并用于Cr(Ⅵ)吸附还鲜有报道。综上，开发制备方法简便、对剧毒污染物Cr(Ⅵ)具有优良吸附性能且易于从水体中分离的改性γ-Al2O3薄膜基材料具有重要的科学意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的关键技术问题是：通过解胶工业拟薄水铝石粉体、加入合适的成膜助剂、选择合适的焙烧温度和氨基硅烷改性等过程条件的协同调控，制备对Cr(Ⅵ)污染物吸附性能好、吸附后易于从水体中分离并可再生循环使用的氨基硅烷接枝改性γ-Al2O3薄膜。本专利技术所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：将3g工业拟薄水铝石粉体分散在50ml去离子水中，加入0.86ml冰醋酸解胶，搅拌2h后与0.5g已溶于90℃、20ml去离子水的PVA溶液混合，室温下继续搅拌6h后得到均匀的混合溶胶，将得到的溶胶在120℃下水热12h后，将水热产物在聚四氟乙烯薄片上流延成型，进一步在室温下干燥48h后揭下薄膜，将其在微波马弗炉中焙烧后得到γ-Al2O3薄膜；γ-Al2O3薄膜的氨基硅烷接枝改性过程则是在有机溶剂中加入一定量的氨丙基三甲氧基硅烷和0.2ml去离子水，并在N2保护下经过回流过程制备的。所述的微波焙烧条件为：升温速率4℃/min，焙烧温度400-900℃，焙烧时间2h。所述的氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜制备过程中改性时γ-Al2O3薄膜的加入量是1g，氨丙基三甲氧基硅烷的加入量为0.5-3ml。所述的氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜制备过程中的回流条件为：回流温度75-105℃，回流时间6-18h。所述方法制备的氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜用于吸附pH为3、浓度为30-100mg/L的Cr(Ⅵ)溶液，吸附Cr(Ⅵ)后的γ-Al2O3薄膜用0.005mol/L的NaOH溶液脱附，脱附Cr(Ⅵ)后的γ-Al2O3薄膜循环使用。本专利技术技术方案所依据的原理是：工业拟薄水铝石粉体能在酸性条件下形成稳定均匀的铝溶胶，加入适量的成膜助剂PVA能有效的防止薄膜在干燥和焙烧过程中出现微裂纹。在接枝改性过程中，通过高温回流能使氨基硅烷上的烷氧基首先在在含有微量水的有机溶液中水解生成硅醇，之后生成的硅醇能与焙烧后表面富含羟基的γ-Al2O3薄膜反应脱去水，并以Al-O-Si形式的共价键相结合。氨基硅烷之间也能通过水解缩聚而相互结合，形成多层硅氧烷分子结构。而在Cr(Ⅵ)吸附过程中，接枝改性后的γ-Al2O3薄膜上引入的氨基在酸性水溶液中会被质子化，从而形成带有正电荷的-NH3+，-NH3+通过静电作用与以阴离子形式存在的Cr2O72-或CrO42-相互作用，从而有效增强改性后γ-Al2O3薄膜的吸附性能。与其它多孔Cr(Ⅵ)吸附剂相比，本专利技术所制备的氨基硅烷改性的γ-Al2O3薄膜具有以下主要优点：(1)铝源为廉价易得的工业拟薄水铝石粉体；(2)对水体中的Cr(Ⅵ)具有较大的吸附量和较高的去除率；(3)吸附Cr(Ⅵ)后的氨基硅烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨基硅烷改性γ‑Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：首先，在酸性条件下解胶工业拟薄水铝石粉体，解胶的同时加入成膜助剂聚乙烯醇，混合搅拌后对溶胶进行水热处理，然后经流延成型、干燥和焙烧后制得γ‑Al2O3薄膜；随后，在N2保护下，将γ‑Al2O3薄膜在含有氨基硅烷的溶剂中回流后，再经洗涤、真空干燥制得氨基硅烷改性的γ‑Al2O3薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜的制备方法，其特征在于：首先，在酸性条件下解
胶工业拟薄水铝石粉体，解胶的同时加入成膜助剂聚乙烯醇，混合搅拌后对溶胶进行水热
处理，然后经流延成型、干燥和焙烧后制得γ-Al2O3薄膜；随后，在N2保护下，将γ-Al2O3薄膜在含有氨基硅烷的溶剂中回流后，再经洗涤、真空干燥制得氨基硅烷改性的γ-Al2O3薄膜。
2.根据权利要求1所述的氨基硅烷改性γ-Al2O3薄膜的制备方法，其特征是包括以下
制备步骤：
(1)将3g工业拟薄水铝石粉体分散在50ml去离子水中，加入0.86ml冰醋酸，搅拌
2h后与0.5g已溶于90℃、20ml去离子水的聚乙烯醇溶液混合，室温下继续搅拌6h后得
到均匀的混合溶胶；
(2)将步骤(1)中得到的溶胶在120℃下水热12h后，将水热产物在聚四氟乙烯薄
片上流延成型，在室温下干燥48h后揭下薄膜；
(3)将步骤(2)中干燥后的薄膜样品在微波马弗炉中焙烧，得到γ-Al2O3薄膜；
(4)向50ml甲苯或乙醇溶液中加入一定量氨丙基三甲氧基硅烷和0.2ml去离子水，
在N2保护下回流一段时间，经洗涤、6...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡卫权，罗磊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42