用于水体杀菌和净化的双功能材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于水体杀菌和净化的双功能材料及其制备方法和应用。所述材料为13X分子筛晶粒内包嵌超细银纳米粒子的结构，银纳米粒子的尺寸为1～2nm。所述的方法包括下述步骤：制备有机配体保护的银离子溶液；制备13X分子筛凝胶；将制备的银离子溶液逐滴加入到分子筛凝胶中；对混合液进行水热晶化后去除有机配体即得。该材料中的13X分子筛骨架不仅可以有效地保护金属银纳米粒子，提高其稳定性，而且在保证银的高效杀菌效果的前提下可以大大降低金属银的用量。同时，13X分子筛对水中内毒素等杂质具有非常好的吸附性能，可以和银纳米粒子的消毒性能协同配合，从而使得该材料同时具备水体杀菌和净化的双重功能，保证了细菌被杀死后释放出的内毒素不在水中残留，大大提高了水质的安全性，且该材料合成简便、原料廉价易得，金属银的使用量极低，可望大规模推广使用。

Bifunctional materials for water sterilization and purification and their preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
用于水体杀菌和净化的双功能材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种同时具备水体杀菌和吸附净化性能的13X分子筛晶体内包嵌Ag纳米粒子的双功能材料的制备方法及其应用。
技术介绍
分子筛是一类结晶硅铝酸盐水合物，其具有规整的微孔结构、可调变的骨架组成、高的比表面积和吸附容量、可控的亲疏水性、可调变的酸性，并且分子筛具有规整的孔径且孔径大小正好在多数分子的尺寸范围内，因此分子筛可以基于分子的大小、形状、极性和不饱和度等性质分离混合物。分子筛这些优异的性能使其在催化、离子交换、过滤、材料组装等方面取得了令人意想不到的效果(郭培英,内蒙古石油化工,2012,48-49.)，广泛地应用于石油化工、冶金、金属加工、医药、农业、环保等方面(1:M.E.Davis,Chem.Mater.,2013,13,23-30.2:C.T.Kresge,W.J.Roth,Chem.Soc.Rev.,2013,42,3663-3670.3:任瑞霞,刘姝,宋雯雯,刘海莲,化工科技,2011,19,55-60.4:张宝香,李永泰,工业催化,2006,14,23-26.5:A.Wali,S.M.Pillai,S.Unnikrishnan,S.Satish,J.Mol.Catal.A:Chem.,1996,109,149-155.6:罗国华,王学勤,王祥生,催化学报,1998.19,53-57.)。但因为纯分子筛性能比较单一，所以仅仅依靠分子筛的作用不足以满足现代工业化的需求，所以开发新的分子筛基复合材料具有非常重要的意义。将金属与分子筛复合构成复合材料，将会产生一些分子筛或者金属本身不具有的性能，从而可以拓宽分子筛的应用。负载型金属分子筛材料因具有制备过程简单、同时具备高活性和选择性、低腐蚀性、易重复利用等优点成为工业应用最为广泛的材料之一。但是，随着金属颗粒尺寸的急剧缩小，其表面能剧增，金属纳米颗粒也更容易团聚。当负载型金属分子筛材料处于环境中时，因为受到周围物理化学等各种因素的影响，在Gibbs自由能的驱动下尺寸小的金属颗粒会发生表面扩散从而形成较大的三维颗粒。因此，在实际使用中，如何保持金属的高度分散且维持其活性和稳定性仍是材料领域亟需解决的一大难题(1:H.Wei,X.Liu,A.Wang,L.Zhang,B.Qiao,X.Yang,Y.Huang,S.Miao,J.Liu,T.Zhang,Nat.Commun.,2014,5,5634.2:J.Lin,A.Wang,B.Qiao,X.Liu,X.Yang,X.Wang,J.Liang,J.Li,J.Liu,T.Zhang,J.Am.Chem.Soc.,2013,135,15314-15317.3:X.Yang,A.Wang,B.Qiao,J.Li,J.Liu,T.Zhang,Accounts.Chem.Res.,2013,46,1740-1748.4:J.Lin,B.Qiao,J.Liu,Y.Huang,A.Wang,L.Li,W.Zhang,L.F.Allard,X.Wang,T.Zhang,Angew.Chem.Int.Ed.,2012,51,2920-2924.5:B.Qiao,A.Wang,X.Yang,L.F.Allard,Z.Jiang,Y.Cui,J.Liu,J.Li,T.Zhang,Nat.Chem.,2011,3,634-641.6:Q.Fu,W.Li,Y.Yao,H.Liu,H.Su,D.Ma,X.Gu,L.Chen,Z.Wang,H.Zhang,B.Wang,X.Bao,Science,2010,328,1141-1144.)。所以制备高稳定性的金属分子筛复合材料成为了材料领域重要的研究方向和一大难题。为了解决这一问题，可以将金属放到分子筛孔道中，利用分子筛的空间结构来限制金属颗粒的迁移扩散行为，从而阻止金属颗粒间发生团聚，并提供分子扩散通道和空间，这种设计为金属分子筛复合材料的应用带来了新的机遇。目前饮用水污染已经直接威胁到人体的生存和健康，饮用水的污染主要是由于微生物的感染所导致的。因此，杀灭水体中的微生物，保持水体的卫生对人类的健康显得十分重要。近年来，银纳米粒子被证明是一种有效的杀菌剂，将银纳米粒子用于水处理消毒中已经得到了广泛的应用和效果。但银纳米颗粒尺寸极小，在水中容易聚集，粒径增大，并且在使用中容易流失，所以影响了其杀菌活性和稳定性。另外，细菌在被杀死的过程中会释放出一些有毒的可以致命的物质如内毒素等，这些毒素若不及时清除，将会引起伤寒、霍乱等疾病，反而会造成二次污染。再者，贵金属银价格较高，若将纳米银粒子直接用于水体消毒，将会带来巨大的成本问题。目前人们在银基复合材料用于水体消毒方面取得了一些进展，这些材料中银通常是负载在载体如TiO2、MgO、ZnO等的表面，虽然载体的使用会大大降低银的含量和材料成本，但这些载体对于有毒物质的吸附效果任然不理想，使细菌被杀死之后残留在水体中有毒物质的含量达不到饮用水的标准，更为重要的是，在使用过程中载体表面的银容易流失，使得材料稳定性很低。所以若能设计一种能高效杀菌并同时能够快速吸附有毒物质的低银含量低成本高稳定性的新型复合材料将具有重要的现实意义和价值。
技术实现思路
为克服上缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于水体中高效杀菌和快速吸附有毒物质的13X分子筛晶体内包嵌Ag纳米粒子的复合材料及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术用于水体杀菌和净化的双功能材料，所述材料为13X分子筛晶粒内包嵌超细银纳米粒子的结构，银纳米粒子的尺寸为1～2nm。为达到上述目的，本专利技术用于水体杀菌和净化的双功能材料的制备方法，所述的方法包括下述步骤：制备有机配体保护的银离子溶液；制备13X分子筛凝胶；将制备的银离子溶液逐滴加入到分子筛凝胶中；对混合液进行水热晶化后去除有机配体即得。进一步的，所述的制备有机配体保护的银离子溶液的步骤为：以AgNO3作为Ag源，将质量分数为1～3％的Ag与预定体积的有机配体混合加入10mL水中，室温下搅拌2h。进一步的，所述的制备13X分子筛凝胶的步骤为：将0.89gNaAlO2和1.89gNaOH溶解在17mL水中，搅拌至溶液澄清，随后加入1.26g气相SiO2，继续搅拌1min至凝胶均匀。进一步的，所述的对混合液进行水热晶化后去除有机配体的步骤为：将混合液在室温下搅拌老化15min；随后将其装入水热釜中，并置于80～100℃烘箱中水热晶化，3～5天后取出；在300～400℃空气中锻烧3～5h去除有机配体。进一步的，还包括将锻烧后的固体进行还原的步骤，所述的还原的气氛为H2、H2/N2、H2/Ar；还原温度：300～400℃；还原时间：2～4h。进一步的，所述有机配体为乙二胺、氨水、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷。为达到上述目的，本专利技术包括上述用于水体杀菌和净化的双功能材料对水体中大肠杆菌去除和内毒素吸附净化中的应用。本专利技术结合Ag纳米粒子良好的杀菌活性以及13X分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水体杀菌和净化的双功能材料，其特征在于所述材料为13X分子筛晶粒内包嵌超细银纳米粒子的结构，银纳米粒子的尺寸为1～2nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于水体杀菌和净化的双功能材料，其特征在于所述材料为13X分子筛晶粒内包嵌超细银纳米粒子的结构，银纳米粒子的尺寸为1～2nm。


2.一种用于水体杀菌和净化的双功能材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括下述步骤：
制备有机配体保护的银离子溶液；
制备13X分子筛凝胶；
将制备的银离子溶液逐滴加入到分子筛凝胶中；
对混合液进行水热晶化后去除有机配体即得。


3.如权利要求2所述的用于水体杀菌和净化的双功能材料的制备方法，其特征在于，所述的制备有机配体保护的银离子溶液的步骤为：
以AgNO3作为Ag源，将质量分数为1～3％的Ag与预定体积的有机配体混合加入10mL水中，室温下搅拌2h。


4.如权利要求2所述的用于水体杀菌和净化的双功能材料的制备方法，其特征在于，所述的制备13X分子筛凝胶的步骤为：
将0.89gNaAlO2和1.89gNaOH溶解在17mL水中，搅拌至溶液澄清，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志杨，高卫民，程寒飞，
申请(专利权)人：中冶华天工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34