La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其应用技术

本发明专利技术申请属于介孔二氧化硅材料制备技术及其应用领域，具体公开了一种La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其应用，(1)制备树枝状介孔二氧化硅纳米球；(2)聚乙烯亚胺(PEI)、戊二醛和树枝状介孔二氧化硅孔道反应获功能化介孔二氧化硅纳米球；(3)通过PEI官能团中的氨基与La

【技术实现步骤摘要】
La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于介孔二氧化硅材料制备
，具体公开了一种La活化的树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，无机磷和有机染料是废水中常见的两类污染物。其中磷是导致水体富营养化的主要限制因子，当水体中总磷浓度超标时，易于发生水体富营养化，导致水质恶化甚至藻类水华，严重危害水体生态环境甚至人类健康。有机染料影响水体的色度和透光性，降低水体中溶解氧的含量，影响水生态环境。并且，染料分子不易生物降解，具有生物毒性和三致(致癌、致畸、致突变)性。染料废水是目前自然水体的重点污染源之一，其成分复杂、色度高，往往与无机磷等污染物共存，如何实现有机、无机污染物的同时高效处理是工业污水处理中的难点，也是急需解决的一项任务。
[0003]现有的常用废水处理技术包括：生物法、化学沉淀、结晶、膜分离和催化氧化等。相比之下，吸附法具有操作简单、不易产生二次污染等无可比拟的优势。吸附法的关键技术是新型高效吸附剂的制备。将吸附活性位点分散于具有较高比表面积的多孔载体上是获得高效吸附剂的有效途径。
[0004]基于此，申请号为CN201910220590.1的中国专利公开了一种镧铁改性沸石除磷吸附剂及其制备方法与应用，然而沸石分子筛为微孔材料，孔径较小，负载活性金属后易于导致孔道阻塞，从而影响孔道内部活性位点利用效率以及吸附剂的吸附容量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备和使用方法，以获得高吸附容量和快速吸附速率的新型吸附剂，用于解决现有技术中去污材料吸附容量和吸附速率不高、易受共存离子干扰、不易再生等问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其除磷和除染料应用，包括以下步骤：
[0007](1)制备树枝状介孔二氧化硅纳米球；将总质量380mg的CTAB和FC2加入到溶有68mgTEA的25ml的去离子水中，第一次搅拌1小时，然后，在该条件下滴加4ml的TEOS，第二次搅拌2h得混合液；
[0008](2)将步骤(1)中的混合液在7500rpm的速度下离心40分钟得粗产物，将粗产物用1:1的乙醇和水的混合溶液洗涤产物三次，在60℃下干燥过夜得产物；所得产物在550℃下煅烧6小时去除表面活性剂；
[0009](3)制备PEI功能化的介孔二氧化硅纳米球；将0.5gMSN加入到10ml的PEI/甲醇溶液中,在30℃下搅拌10小时得混合液；将混合液快速倒入到20ml戊二醛溶液中并在30℃和200rpm的条件下搅拌1小时，所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟得粗产物,然后用去
离子水洗涤粗产物三次，在60℃下干燥过夜；
[0010](4)合成La活化的功能化介孔二氧化硅纳米球：1.5gPEI-MSN-10％加入到20ml La(NO3)3水溶液中，混合液在室温下快速搅拌10小时；所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟,然后用去离子水洗涤产物三次，在60℃下干燥过夜，然后，获得的产物加入到0.01mol/LNaOH溶液中持续搅拌10小时，所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟,然后用去离子水洗涤产物至中性，在60℃下干燥过夜得产物。
[0011]进一步，步骤(4)所述的产物La活化的树枝状介孔二氧化硅纳米球的比表面积为：112.04～129.96m2g-1
，孔容为：0.41～0.44cm3g-1
，孔径为：13.42～14.65nm。
[0012]进一步，步骤(1)中第一次的搅拌温度为80℃。
[0013]进一步，步骤(1)中FC2:CTAB的摩尔比为0.2～0.5。
[0014]进一步，步骤(1)中FC2:CTAB的摩尔比为0.4。
[0015]进一步，步骤(3)中PEI/甲醇溶液的质量浓度分数为5％～15％。
[0016]进一步，步骤(3)中戊二醛溶液的质量浓度为1％。
[0017]进一步，步骤(4)中La(NO3)3水溶液摩尔浓度为0.1～1.0mol/L。
[0018]进一步，La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球在吸附去除废水中无机磷和有机染料方面的应用。
[0019]应用时，将所制备的吸附剂分别投到一定pH范围的含磷和含刚果红的废水中。搅拌或震荡一定时间后即可达到一定的去除效果。
[0020]所述一定pH范围为：2～11，含磷废水的初始浓度为：1～50ppm，含刚果红废水的初始浓度为：10～250ppm，搅拌或震荡的反应时间为：8h。
[0021]所述的吸附剂可多次使用，吸附方法可进一步包括吸附剂的脱附和再生。
[0022]所述吸附剂脱附的具体操作为：将吸附后离心得到的吸附剂加入到碱性溶液或乙醇脱附液中持续搅拌10小时。所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟,然后用去离子水洗涤产物至中性，在60℃下干燥过夜得产物。。
[0023]所述吸附剂的La活化再生的具体操作为：然后脱附后的吸附剂加入20ml，0.5mol/L的La(NO3)3水溶液中，混合液在室温下快速搅拌10h；所得混合液在7500～9500rpm转速下离心30～60分钟,然后用去离子水洗涤产物三次，在60℃下干燥过夜。然后，获得的产物加入到0.01mol/LNaOH溶液中持续搅拌10h。所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟,然后用去离子水洗涤产物至中性，在60℃下干燥过夜得产物。
[0024]其中，所述碱性溶液具体为：1mol/LNaOH；所述乙醇为：95％乙醇或无水乙醇
[0025]所述的脱附时间可为(时间范围)：10h。
[0026]本技术方案的工作原理及有益效果在于：
[0027](1)介孔二氧化硅纳米球具有树枝状开放性大孔径介孔，孔径比一般的介孔二氧化硅更大，平均孔径>8.23nm,功能化后孔道不易阻塞，无机阴离子和空间结构较大的有机染料分子能够在孔道内传输并且被内部活性位点捕获去除；颗粒尺寸为纳米级，吸附质易于到达孔道内活性位点，吸附速率比一般的介孔微球更快。
[0028](2)聚乙烯亚胺(PEI)分子中的氨基与介孔二氧化硅纳米球孔道表面Si-OH、戊二醛发生反应后形成Si-O-C5H8＝N-(PEI)共价结构，从而牢固地嫁接在树枝状介孔纳米球表面。PEI结构中含有丰富的氨基官能团，将PEI嫁接在树枝状介孔二氧化硅纳米球孔道表面，
能够发挥氨基官能团的配位作用将镧活性位点固定于介孔二氧化硅纳米球的介孔孔道内。
[0029](3)镧活性位点通过配位作用固载在树枝状介孔孔道内可极大限度地提高La的利用效率，以达到其对废水中无机磷和有机染料刚果红的高效选择性吸附效果；所制备的吸附剂不易受共存离子或分子的影响，并且可以实现无机磷和有机染料的同时吸附去除。脱附处理后的功能化介孔二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.La活化的树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备树枝状介孔二氧化硅纳米球；将总质量380mg的CTAB和FC2加入到溶有68mg TEA的25ml的去离子水中，第一次搅拌1小时，然后，在该条件下滴加4ml的TEOS，第二次搅拌2h得混合液；(2)将步骤(1)中的混合液在7500rpm的速度下离心40分钟得粗产物，将粗产物用1:1的乙醇和水的混合溶液洗涤产物三次，在60℃下干燥过夜得产物；所得产物在550℃下煅烧6小时去除表面活性剂；(3)制备PEI功能化的介孔二氧化硅纳米球；将0.5g MSN加入到10ml的PEI/甲醇溶液中,在30℃下搅拌10小时得混合液；将混合液快速倒入到20ml戊二醛溶液中并在30℃和200rpm的条件下搅拌1小时，所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟得粗产物,然后用去离子水洗涤粗产物三次，在60℃下干燥过夜；(4)合成La活化的功能化介孔二氧化硅纳米球：1.5g PEI-MSN-10％加入到20ml La(NO3)3水溶液中，混合液在室温下快速搅拌10小时；所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟,然后用去离子水洗涤产物三次，在60℃下干燥过夜，然后，获得的产物加入到0.01mol/L NaOH溶液中持续搅拌10小时，所得混合液在7500rpm转速下离心40分钟,然后用去离子水洗涤产物至中性，在60℃下干燥过夜得产物。2.根据权利要求1所述的La活化的功能化树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的产物介孔二氧化硅纳米球的比表面积为：222...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄微雅，张川群，刘新，杨凯，陈喜蓉，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：