一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法技术

一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法，以水玻璃为硅源，3

【技术实现步骤摘要】
一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法


[0001]本专利技术涉及环保材料制备和富集重金属
，具体是一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法，以及将其制作为薄膜扩散梯度技术的结合相以用作富集水体中的汞离子。

技术介绍

[0002]受到汞污染的水体对人类健康和生态环境构成了严重的威胁，水俣病就是一个非常典型的污染事件，一直以来都是全球广泛关注的环境问题，确定汞的含量及化学形态对于评估其对人类健康的影响至关重要。在常规取样过程中样品的采集、转移和保存很容易导致分析物的化学形态发生无法预测的变化。薄膜扩散梯度(Diffusive gradients in thinfilms，DGT)技术是一种原位被动采样技术，可以通过浓度依赖的动态过程对水生环境中不稳定金属形态进行定量积累，实现分析物的预富集。这些优点使得薄膜扩散梯度技术对于测定环境样品中痕量的汞非常有利。
[0003]现有的能够测定汞的薄膜扩散梯度技术设备通常使用商业化的树脂作为结合相，其对于汞的吸附容量和吸附速率都不高，致使汞在薄膜扩散梯度技术设备内的扩散系数不高，想要使结果准确通常需要放置较长的时间，这样不仅耗时长，且薄膜扩散梯度技术设备长时间在水体中表明容易生长生物膜，从而对薄膜扩散梯度技术的准确性造成影响，因此需要开发一种对汞有高吸附容量和高吸附速率的材料作为结合相，来克服上述问题。
[0004]SiO2气凝胶是典型的介孔材料，具有高的比表面积、高孔隙率、低密度和极低的导热系数等突出优点，在废水处理方面，高表面积和孔隙率使SiO2气凝胶成为一种良好的吸附剂和催化剂载体，在废水净化方面能够取得良好的效果，适合去除废水中有毒有害的重金属。传统的SiO2气凝胶是通过甲基改性，然而，甲基是一个惰性基团，很难与其他离子特别是重金属离子发生反应而去除重金属。巯基具有良好的亲水性，这使得它成为改性SiO2气凝胶的绝佳材料。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术使用巯基改性二氧化硅气凝胶，获得了对汞具有较高吸附容量和吸附速率的吸附材料，薄膜扩散梯度技术使用此二氧化硅气凝胶制作成的结合相能够快速富集水体中汞，避免了传统薄膜扩散梯度技术长时间富集而长出生物膜的问题，且有极佳的选择性，使薄膜扩散梯度技术薄膜扩散梯度技术在较短的时间内即可准确测定水体中痕量Hg
2+
的浓度。
[0006]本专利技术的具体技术方案如下：提供了一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法，包括如下步骤：
[0007]1)：SiO2气凝胶的合成：
[0008]a)将稀释后的水玻璃与强酸型离子交换树脂按1：1的比例搅拌10min后，加入氨水
调节pH至6，静置形成凝胶后将湿凝胶粉碎；
[0009]b)湿凝胶放在无水乙醇中，恒温震荡，老化，老化温度为54℃，震荡时间为6h，且中途每2h需更换一次无水乙醇；
[0010]c)老化后的凝胶按3-巯基丙基三甲氧基硅烷/SiO2的摩尔比为0.37的比例加入3-巯基丙基三甲氧基硅烷，并加入正己烷在改性温度为54℃，改性时间为9.5h，恒温震荡改性一定时间，再使用正己烷清洗改性后的凝胶，之后放在真空冷冻干燥机中真空冷冻干燥，得到巯基改性的SiO2气凝胶；
[0011]2)薄膜扩散梯度技术结合相的制作：
[0012]a)将研磨过筛后的巯基改性的SiO2气凝胶粉末以一定的比例加入到15％丙烯酰胺-1％双丙烯酰胺的预凝胶溶液中，超声使其分散均匀；气凝胶与预凝胶的比例为每10mL预凝胶溶液加入0.35～0.5g气凝胶粉末；
[0013]b)在搅拌下加入10％过硫酸铵和N,N,N',N'-四甲基乙二胺溶液，立即将混合溶液倒入两块预热过的玻璃板间，两板间由0.35～0.8mm塑料垫片隔开，用塑料夹夹紧，在烘箱中放置使其成型，按每10mL预凝胶溶液加入40～60μL过硫酸铵和10～20μL N,N,N',N'-四甲基乙二胺溶液，玻璃板预热温度为60℃，烘箱温度为45℃，放置时间为1h；
[0014]c)待其成胶后，将所得凝胶切割成圆形薄片并浸入在电阻率达到18MΩ*cm的超纯水中，期间更换数次超纯水以除去未反应的试剂，所得即为结合相，将其储存在一定浓度的NaNO3溶液中，圆形薄片直径为25mm，水合时间为1天，储存液为0.01M的NaNO3。
[0015]所述制备方法制得的巯基改性的二氧化硅气凝胶用于吸附水溶液中的汞离子的用途。
[0016]所述制备方法制得的以巯基改性二氧化硅气凝胶作为DGT的结合相在富集测定水溶液中的汞的用途。
[0017]步骤2)-a)中，按一定比例的预凝胶加入气凝胶的目的是为了在包裹尽量多的吸附剂的情况下还能使其分散均匀。
[0018]步骤2)-c)中，水合的目的是使结合相厚度稳定，换水的目的是为了洗去结合相表面未反应的试剂。
[0019]本专利技术具有以下优点：
[0020]1.采用巯基改性的二氧化硅气凝胶对水体中的汞具有较高的吸附容量和吸附速度，并且不受其他重金属离子的干扰。
[0021]2.薄膜扩散梯度技术采用该气凝胶制作的结合相可快速富集水体中的汞，在短时间内即可准确测定水体中的溶解态汞含量，避免了生物膜的影响。
附图说明
[0022]图1为本专利技术制备的巯基改性二氧化硅气凝胶的langmuir等温吸附线模型；
[0023]图2为本专利技术制备的巯基改性二氧化硅气凝胶对Hg
2+
的去除率随时间的变化曲线；
[0024]图3为本专利技术制备的巯基改性二氧化硅气凝胶在Cu
2+
、Cd
2+
、Zn
2+
和Pb
2+
四种重金属离子存在时的选择吸附性；
[0025]图4为使用本专利技术制备的结合相对Hg
2+
的扩散系数。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]本实施例为巯基改性二氧化硅气凝胶的制备方法，包括如下步骤。
[0029](1)将强酸性阳离子交换树脂浸于2mol/L的盐酸中，搅拌5h，重复两次，用电阻率达到18MΩ*cm的超纯水清洗数次使pH达到中性。将质量百分比为9wt％的水玻璃溶液，与交换树脂以1：1比例混合，搅拌10min使其充分交换以除去溶液中的Na
+
，并获得硅酸溶液。过滤后用1mol/L氨水调节滤液pH至6，密封静置30min以形成凝胶。凝胶经粉碎后，浸泡于无水乙醇中，54℃恒温振荡，每隔2h更换一次乙醇，重复5次，以完成溶剂替换。
[0030](2)选择3-巯丙基三甲氧基硅烷作为改性剂，对凝胶材料进行修饰。步骤(1)中得到的SiO2湿凝胶过滤后，每10g凝胶加入0.85g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷与40mL正己烷，54℃水浴振荡9.5h以进行巯基的修饰改性。改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备巯基改性二氧化硅气凝胶作为薄膜扩散梯度技术结合相的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)：SiO2气凝胶的合成：a)将稀释后的水玻璃与强酸型离子交换树脂按1：1的比例搅拌10min后，加入氨水调节pH至6，静置形成凝胶后将湿凝胶粉碎；b)湿凝胶放在无水乙醇中，恒温震荡，老化，老化温度为54℃，震荡时间为6h，且中途每2h需更换一次无水乙醇；c)老化后的凝胶按3-巯基丙基三甲氧基硅烷/SiO2的摩尔比为0.37的比例加入3-巯基丙基三甲氧基硅烷，并加入正己烷在改性温度为54℃，改性时间为9.5h，恒温震荡改性一定时间，再使用正己烷清洗改性后的凝胶，之后放在真空冷冻干燥机中真空冷冻干燥，得到巯基改性的SiO2气凝胶；2)薄膜扩散梯度技术结合相的制作：a)将研磨过筛后的巯基改性的SiO2气凝胶粉末以一定的比例加入到15％丙烯酰胺-1％双丙烯酰胺的预凝胶溶液中，超声使其分散均匀；气凝胶与预凝胶的比例为每10mL预凝胶溶液加...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海英，朱奕帆，冯庆革，赵博涵，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：