壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及壳聚糖/KIT‑6型硅基复合材料及其制备方法和应用。采用的技术方案是：先将适量的P123溶于水，并加入浓盐酸，水浴搅拌过夜后先加入正丁醇搅拌后加入正硅酸四乙酯，反应后，将溶液倒入壳聚糖溶液中，滴加戊二醛，继续反应一段时间后，转入高压釜水热反应一定时间，冷却，抽滤，洗涤至中性，过夜干燥，并使用丙酮进行索氏提取，得到CS‑KIT‑6。将CS‑KIT‑6溶于二甲基亚砜中，加入适量的环氧氯丙烷，微波反应，洗涤至中性，彻夜干燥后，再加入一定量的聚乙烯亚胺溶液和N,N‑二甲基甲酰胺，进行微波反应后，洗涤至中性，过夜干燥得到产物PEI‑CS‑KIT‑6。本发明专利技术制得的复合材料作为吸附剂可用于水体中铬的吸附，具有节能环保，高效等特点。

【技术实现步骤摘要】
壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料的制备以及对重金属的吸附领域，具体涉及壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料从含有六价铬的溶液中有效地吸附六价铬的方法。
技术介绍
铬及其化合物在工业上应用广泛，化工、冶金、矿物工程、制铬、电镀、制药、轻工纺织等一系列行业，都会产生大量含铬废水。六价铬是水体中重要的污染物，对环境有持久危害性，六价铬是很容易被人体吸收的，它可通过消化道、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。经消化道侵入时可引起呕吐、腹疼，皮肤接触可能导致过敏，更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，经皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹等。过量的六价铬对水生物有致死作用。因此，如何高效去除水体中的铬污染问题引起了人们的广泛关注，开发高效的铬吸附剂已成为当前研究的热点。吸附法以其简单、成本低、效率高、灵活性强等优点而备受关注。吸附法是一种物理化学处理过程，它是利用多孔性固体物质为吸附剂，去除水体中的某些污染物的方法。在吸附过程中，选择合适的吸附剂，是关键所在，现在常用的去除水体中重金属的吸附剂有以碳为主要成分的活性炭、碳纳米管等，天然吸附剂如黏土、沸石、海泡石，农业和工业废弃物，生物吸附剂和混杂的吸附剂纳米氧化铝、介孔材料等。近年来，介孔材料因为其具有较高的比表面积、规则有序的孔道结构、孔径分布比较单一以及良好的稳定性的特点已在吸附领域被广泛研究和应用。介孔二氧化硅(KIT-6)属于Ia3d空间群立方相材料，结构形态为三维立方有序的介孔结构，但孔径相对较大，在4～12nm之间可调，合成相对比较容易。这使得KIT-6成为近年来的研究热点。它特有的三维立方孔道就像一个开口的介孔模板使活性物种的负载变得容易，而且负载物可以在整个孔道内部分散均匀而不形成团聚的大颗粒，使其既具有优异的结构性能又克服了合成所需的苛刻条件。它的诱人之处还在于其在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域存在潜在的应用价值。但由于纯氧化硅材料本身不具备活性基团，KIT-6对重金属离子的选择吸附性能低且离子交换能力低，这些缺陷很大程度上限制了其在实际生产和应用方面的进展。然而，与基于SBA-15或MCM-41的二维孔道型介孔材料相比，这种三维孔道结构更利于接枝功能化处理，且客体分子在孔道内的流通性更强，所以它的表面可以通过负载特定的活性基团而达到改性的目的。新颖、简单、有效的表面改性策略是促进和提高KIT-6吸附性能的理想方法。
技术实现思路
本专利技术主要针对介孔材料缺乏更多的活性吸附位点的特性，同时充分利用了壳聚糖与聚乙烯亚胺含有大量-NH2的特点，提出了将KIT-6与壳聚糖、聚乙烯亚胺进行复合制备壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料。本专利技术方法操作简洁，环保清洁，资源利用率高，对铬的吸附率高，处理周期短，具有很高的实用价值。本专利技术是通过如下技术方案实现的：壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料，所述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料是使用聚乙烯亚胺PEI对KIT-6进行修饰形成的复合材料PEI-CS-KIT-6。壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，方法如下：1)将适量的模板剂P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)溶于水中，加入浓盐酸，30-40℃水浴搅拌过夜后，加入正丁醇搅拌一定时间，然后加入正硅酸四乙酯(TEOS)，反应3-4h。2)将步骤1)所得溶液倒入用乙酸溶解的壳聚糖(CS)溶液中，然后逐滴滴加适量戊二醛(GA)，室温下继续反应22-24h后，转入高压釜，100-110℃下水热反应20-22h，冷却，抽滤，洗涤至中性，干燥，用丙酮进行索氏提取后，得中间产物CS-KIT-6；3)将CS-KIT-6溶于适量二甲基亚砜(DMSO)，并加入适量环氧氯丙烷(ECH)，微波反应后，洗涤至中性，干燥，得中间产物。4)取步骤3)所得中间产物，加入适量的聚乙烯亚胺(PEI)水溶液和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，微波反应后，用去离子水洗至中性，干燥，得目标产物PEI-CS-KIT-6。上述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，步骤1)中，按质量比，P123:水:正丁醇:正硅酸四乙酯＝1:30:1:2.15。上述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，步骤2)中，戊二醛的用量为，按质量比，正硅酸四乙酯:戊二醛＝1:(15-20)；壳聚糖CS的用量为，按质量比，正硅酸四乙酯:壳聚糖CS＝1:1-3。上所述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，步骤3)中，按体积比，环氧氯丙烷:二甲基亚砜＝1:(1-1.5)。上述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，步骤3)中，微波反应条件为：温度：70-90℃，功率：200-400W。上述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，步骤4)中，聚乙烯亚胺水溶液的浓度为0.01-0.02g/mL，聚乙烯亚胺的用量为，按质量比，正硅酸四乙酯:聚乙烯亚胺＝1:0.1-0.3。上述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，步骤4)中，微波反应条件为：温度：90-115℃，功率：200-400W。上述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料作为吸附剂在吸附六价铬中的应用。方法如下：于含有六价铬的溶液中，调节pH为1-8，加入上述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料，303K下震荡24h。本专利技术的有益效果是：1)壳聚糖具有独特的分子结构，其分子结构上氨基氮、羟基氧，可用于吸附水中重金属，聚乙烯亚胺又称聚氮杂环丙烷，是一种水溶性高分子聚合物，由于壳聚糖与聚乙烯亚胺上含有大量的-NH2，可与六价铬发生螯合作用，因此使用壳聚糖与聚乙烯亚胺对KIT-6进行修饰形成复合材料PEI-CS-KIT-6，解决了KIT-6的缺点。2)本专利技术制备的吸附剂PEI-CS-KIT-6吸附效果好，在酸性条件下对Cr(VI)的吸附率可达95％以上。3)本专利技术合成简单。本专利技术先使用一步法合成CS-KIT-6，再用PEI对其进行改性而制得吸附剂PEI-CS-KIT-6，操作简单。4)本专利技术节能环保。本专利技术使用微波水热合成方法，比常规加热有利于缩短合成时间。且方法中所使用的溶剂均无毒害，不会对环境产生污染。5)本专利技术中，在pH＝4时，本专利技术制备的吸附剂PEI-CS-KIT-6对Cr(VI)的饱和吸附量为315.52mg/g。6)本专利技术制备的吸附剂PEI-CS-KIT-6可以有效的吸附铬离子，方法简单，节能环保，吸附率高，具有实际的实用性。附图说明图1为实施例1制备的CS-KIT-6与PEI-CS-KIT-6的X-射线衍射图。图2为实施例1制备的PEI-CS-KIT-6的透射电镜图。图3为实施例1制备的PEI-CS-KIT-6吸附剂吸附纯料液中Cr(VI)的吸附等温线。图4为实施例1制备的PEI-CS-KIT-6吸附Cr(VI)前后的红外光谱图。图5为PEI-CS-KIT-6对不同酸度下纯料液中Cr(VI)的吸附性能图。图6为不同PEI浓度下制备的PEI-CS-KIT-6对不同酸度下纯料液中Cr(VI)的吸附性能图。具体实施方式实施例1壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料PEI-CS-KIT-6壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料PEI-CS-KIT-6的合成路线如下：(一)制备方法1)将4g的P123放入锥形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.壳聚糖/KIT‑6型硅基复合材料，其特征在于，所述的壳聚糖/KIT‑6型硅基复合材料是使用聚乙烯亚胺PEI对KIT‑6进行修饰形成的复合材料PEI‑CS‑KIT‑6。

【技术特征摘要】
1.壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料，其特征在于，所述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料是使用聚乙烯亚胺PEI对KIT-6进行修饰形成的复合材料PEI-CS-KIT-6。2.权利要求1所述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，其特征在于，方法如下：1)将适量的模板剂P123溶于适量水中，加入浓盐酸，30-40℃水浴搅拌过夜后，加入正丁醇搅拌一定时间，然后加入正硅酸四乙酯，反应3-4h；2)将步骤1)所得溶液倒入用乙酸溶解的壳聚糖CS溶液中，然后逐滴滴加适量戊二醛，室温下继续反应22-24h后，转入高压釜，100-110℃下水热反应20-22h，冷却，抽滤，洗涤至中性，干燥，用丙酮进行索氏提取后，得中间产物CS-KIT-6；3)将CS-KIT-6溶于适量二甲基亚砜，并加入适量环氧氯丙烷，微波反应后，洗涤至中性，干燥，得中间产物；4)取步骤3)所得中间产物，加入适量的聚乙烯亚胺水溶液和N,N-二甲基甲酰胺，微波反应后，用去离子水洗至中性，干燥，得目标产物PEI-CS-KIT-6。3.如权利要求2所述的壳聚糖/KIT-6型硅基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，按质量比，P123:水:正丁醇:正硅酸四乙酯＝1:30:1:2.15。4.如权利要求2所述的壳聚糖/KIT-6型硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙思瑶，单炜军，张鹏，王丹丹，熊英，娄振宁，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21