一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法及其应用，属于废液净化处理技术领。一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法，所述方法为以硅烷偶联剂作为改性剂对经过预处理的沸石在120℃恒温磁力搅拌条件下进行回流6～11h，经后处理步骤后制得改性沸石。本发明专利技术方法原料来源广、操作简单、反应易于控制、净化效率高，有效解决了传统制备方法成本高、净化效率低等问题。通过该方法制备的改性沸石在常温条件下，经过振荡即可实现对废液中重金属阴离子的有效吸附，可操作性强。

Preparation and Application of a Silane Coupling Agent Modified Zeolite

The invention relates to a preparation method and application of modified zeolite with silane coupling agent, belonging to the technical field of waste liquid purification treatment. A preparation method of modified zeolite with silane coupling agent is described. The modified zeolite is prepared by refluxing pretreated zeolite with silane coupling agent as modifier under constant temperature magnetic stirring at 120 C for 6-11 hours, and then through post-treatment steps. The method has the advantages of wide source of raw materials, simple operation, easy control of reaction and high purification efficiency, and effectively solves the problems of high cost and low purification efficiency of traditional preparation methods. The modified zeolite prepared by this method can effectively adsorb heavy metal anions in waste liquor by oscillating at room temperature, and has strong operability.

【技术实现步骤摘要】
一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法及其应用
本专利技术属于废液净化处理
，具体涉及一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法及其应用。
技术介绍
实验室产生的危险废物中一般包括排放的废气废液、使用过的化学试剂残渣以及过期的化学试剂，含有或直接沾染危险废物的外包装、容器，清洗杂物和过滤介质等。其中，实验室排出的废液绝大部分因其隐蔽性强、易引起严重的二次污染，是整个实验室危险废物管理的重点和难点。长期以来，我国的治污对象主要是工矿企业等排污大户，对实验室废液的污染治理关注较少。但我国实验室数量庞大，试验过程中产生的废液种类繁多，净化处理能力相对比较薄弱，不经净化处理达标的排放将对水体及土壤环境构成严重威胁。基础化学试验中经常用到高锰酸钾作为氧化剂，伴随着会产生大量含锰废液，以高锰酸根(MnO4-)或Mn2+离子形式存在。若废液不经处理直接排入环境水体中，锰元素将会随饮用水进入体内，对神经系统产生毒害。污水综合排放标准规定锰元素总含量的一级排放标准为2.0mg/L。目前，实验室中普遍采用碱化除锰法处理含Mn2+废液，废液中Mn2+转变成Mn(OH)2，在溶解氧的作用下Mn(OH)2迅速氧化生成稳定难溶的MnO2，从而达到去除Mn2+的目的；但是，对于实验室废液中高锰酸根(MnO4-)离子的去除，并没有十分有效的方法。当前，以天然沸石为代表的多孔矿物及其改性产物用于废液处理受到越来越多的关注。在种类众多的天然多孔矿物材料中，天然沸石已成为为数不多的投入实际生产使用的矿物材料之一，其对水中氨氮的去除被认为是环境工程中最有效的方法之一。沸石晶体孔洞中的水分子和金属阳离子具有很大的流动性，致使沸石具有阳离子交换和可逆的脱水性；而孔洞中的金属阳离子与带负电荷的骨架氧之间形成的强大电场致使沸石产生较高的极性和亲水性，使得沸石对极性、不饱和易极化分子具有优先的选择吸附作用。沸石的强极性和阳离子交换性使其对极性污染物和重金属阳离子等具有良好去除效果的同时，也导致其对疏水性有机污染物和重金属阴离子等污染物的去除效果较差，进而使其在水处理中的应用受到一定的限制。近年来的研究发现，通过对沸石进行有机或功能化改性可有效提高沸石对疏水性有机污染物和重金属阴离子等的去除效果。
技术实现思路
针对目前实验室对高锰酸根离子(MnO4-)废液净化处理在效率及成本等方面存在的问题，本专利技术提供一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法及应用，硅烷偶联剂为巯丙基三乙氧基硅烷时，通过该方法制备的改性沸石同时含有巯基功能基团和疏水性碳氢链，可以有效吸附废液中的高锰酸根(MnO4-)等重金属阴离子，以克服传统化学净化方法成本高、净化率低等不足。一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法，所述方法为以硅烷偶联剂作为改性剂对经过预处理的沸石在120℃恒温磁力搅拌条件下进行回流6～11h，经后处理步骤后制得改性沸石。本专利技术所用沸石为商业购得的沸石粉末，制得的改性沸石为粉末状。本专利技术所述改性沸石是在恒温油浴锅的回流系统中制得。优选地，所述硅烷偶联剂为巯丙基三乙氧基硅烷。本专利技术所述巯丙基三乙氧基硅烷的密度为1g/cm3，是商业购得。优选地，所述沸石与硅烷偶联剂的质量比为1:1～4:1。进一步优选地，所述沸石与硅烷偶联剂的质量比为1:1～2:1。优选地，所述沸石经预处理后溶于溶剂得悬浊液，所述溶剂为甲苯，所述悬浊液中沸石含量为0.025～0.05g/ml。优选地，所述沸石的预处理如下：将10～20g沸石粉置于行星磨玛瑙罐内，加入50～100mL去离子水，研磨4～8h后用去离子水冲洗，烘干样品，用高速粉碎机将烘干后结块的样品粉碎。本专利技术中将10～20g沸石粉置于行星磨玛瑙罐内，加入50～100mL去离子水，本专利技术使用的是SFM-1型行星磨，玛瑙罐容积为250mL，沸石粉和去离子水的加入量是根据行星磨玛瑙罐的大小决定的。优选地，所述后处理的操作步骤如下：将回流后得到的溶液用乙醇洗涤2～3次，静止沉淀后倒去上清液，真空干燥箱中120℃条件下烘干3～6h，得改性沸石。进一步优选地，所述方法如下：将2～10g经预处理的沸石加入40～200mL甲苯中，与1～5g浓度为1g/cm3的硅烷偶联剂混合，得悬浊液，120℃恒温条件下磁力搅拌回流6～11h，经后处理得改性沸石。本专利技术提供一种改性沸石，所述改性沸石的表面负载有巯基基团和疏水性碳氢链。所述改性沸石按下述方法制得：以巯丙基三乙氧基硅烷作为改性剂对经过预处理的沸石在120℃恒温磁力搅拌条件下进行回流6～11h，经后处理步骤后制得改性沸石。本专利技术的另一目的是提供一种吸附实验室废液中重金属阴离子的方法，所述方法为使用下述方法制得的改性沸石充当吸附剂。所述硅烷偶联剂改性沸石的制备方法为以硅烷偶联剂作为改性剂对经过预处理的沸石在120℃恒温条件下磁力搅拌回流6～11h，经后处理步骤后制得改性沸石。优选地，所述硅烷偶联剂为巯丙基三乙氧基硅烷。优选地，所述重金属阴离子为高锰酸根离子。优选地，所述方法如下：取0.5～2g改性处理后的沸石粉末加入到初始浓度为80mg/L，体积为50～200mL的高锰酸根离子溶液中，设置恒温震荡箱温度为25℃，转速为180rpm，时间为2～6h，对溶液中的高锰酸根离子进行吸附。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法，通过将廉价的天然沸石加入到以甲苯为溶剂的硅烷偶联剂中进行回流反应，使得偶联剂基团与沸石表面羟基发生化学键合，进而使得沸石表面同时负载巯基功能基团和疏水性碳氢链，沸石负载的巯基基团可使其在酸性条件下荷正电，同时负载的偶联剂碳氢疏水链可使其具有较强的疏水性，从而使得改性沸石可有效吸附实验室废液中的高锰酸根(MnO4-)。本专利技术方法原料来源广、操作简单、反应易于控制、净化效率高，有效解决了传统制备方法成本高、净化效率低等问题。通过该方法制备的改性沸石在常温条件下，经过振荡即可实现对废液中重金属阴离子的有效吸附，可操作性强。本专利技术的巯基功能化疏水性沸石在用量为1g、MnO4-起始离子浓度为80mg/L、吸附时间5h的条件下，对MnO4-离子的去除率可达到94.4％，而未改性天然沸石的去除率仅为31.4％。附图说明图1(a)为未改性沸石磨矿前的粒度分布曲线图；图1(b)为未改性沸石磨矿后的粒度分布曲线图；图2中为未改性沸石和改性沸石的XRD图谱，其中，1代表未改性沸石，2代表改性沸石；图3(a)为未改性沸石的SEM照片；图3(b)为改性沸石的SEM照片；图4(a)为未改性沸石的接触角照片；图4(b)为改性沸石的接触角照片；图5中为未改性沸石和改性沸石的FTIR图谱，其中，1代表未改性沸石，2代表改性沸石；图6为改性沸石的TG/DSC曲线；图7(a)为未改性沸石的BET曲线；图7(b)为改性沸石的BET曲线；图8为不同吸附时间与起始浓度为80mg/L高锰酸根离子去除率的关系图。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术在对天然斜发沸石进行改性前，需要进行如下预处理：称取10～20g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法，其特征在于，所述方法为以硅烷偶联剂作为改性剂对经过预处理的沸石在120℃恒温磁力搅拌条件下进行回流6～11h，经后处理步骤后制得改性沸石。

【技术特征摘要】
1.一种硅烷偶联剂改性沸石的制备方法，其特征在于，所述方法为以硅烷偶联剂作为改性剂对经过预处理的沸石在120℃恒温磁力搅拌条件下进行回流6～11h，经后处理步骤后制得改性沸石。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为巯丙基三乙氧基硅烷。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沸石与硅烷偶联剂的质量比为1:1～4:1。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沸石经预处理后溶于溶剂得悬浊液，所述溶剂为甲苯，所述悬浊液中沸石含量为0.025～0.05g/ml。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沸石的预处理如下：将10～20g沸石粉置于行星磨玛瑙罐内，加入50～100mL去离子水，研磨4～8h后用去离子水冲洗，烘干样品，用高速粉碎机将烘干后结块的样品粉碎。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈岩柏，周鹏飞，钟祥熙，李停停，赵思凯，韩聪，魏德洲，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21