快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球及制备方法技术

一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球及制备方法，其特征是它是通过以下步骤制成，乙氧基或甲氧基硅烷单体、适量十二烷基苯磺酸钠以及0.5‑1g的氢氧化钠加入水中进行缩合聚合界面反应形成初始介孔微球；之后初始介孔微球与不溶性氢氧化物在水中混合形成水凝胶使氢氧化物充分渗透负载在介孔微球内，然后在400‑800℃的氮气保护下进行烧结而成。本发明专利技术可应用于污染水中的高浓度无机磷的快速吸附去除，也可用于污染水中无机磷的深度净化去除，提升污染水的处理效率和处理效果。

【技术实现步骤摘要】
快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球及制备方法
本专利技术涉及一种无机磷吸附材料，尤其涉及一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球及制备方法，属于水环境修复

技术介绍
农业、工业和生活废水的排放是磷富营养化的主要原因。磷在自然水体中的富营养化导致水生态系统恶化和水自净能力的破坏。在地表水中，浓度高于0.05毫克/升的磷就可能导致富营养化，因此欧盟已根据水体的敏感性将污水中的总磷浓度限制在1-2毫克/升。因此，进行富营养化污染水体中磷去除和回收是修复自然水体、净化水质环境的必要手段。污染水中的磷主要以无机磷酸盐的形式存在，磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)和磷酸二氢盐(H2PO4-)。在过去的几十年里，各种物理、生物和物理化学除无机磷方法相继开发并应用于污染水体中的磷的去除。在这些方法中，吸附法是最具有操作简便性和实用性的方法，也是应用最广泛的方法之一。由于吸附剂具有多孔结构和高表面积，这为无机磷的吸附去除提供了必要前提。特别是用特定金属或金属盐改性的吸附剂可为吸附过程提供大量活性位点，如镧，铝，镁，铁和它们相应的金属盐负载于吸附剂表面可增强无机磷的吸附能力。但目前市售的吸附剂产品通常需要较长时间才能达到吸附平衡，这对点源污染水的修复治理是不利的。此外，金属掺杂或负载的吸附剂在酸性废水中的吸附效率会大大降低。此外，一些有机吸附剂，如生物炭，由于在加工过程中多环芳烃的产生，可能对环境和人类造成潜在的风险。介孔二氧化硅材料具有无毒、良好的生物相容性、高比表面积、大孔容、可调孔径、化学和机械稳定性以及可进行表面修饰的特点，在吸附、催化、分离、药物传递和太阳能电池等领域具有巨大的应用价值。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：提供一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球及制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球，其特征是，乙氧基或甲氧基硅烷单体、适量十二烷基苯磺酸钠以及0.5-1g的氢氧化钠加入水中进行缩合聚合界面反应形成初始介孔微球，之后初始介孔微球与不溶性氢氧化物在水中混合形成水凝胶使氢氧化物充分渗透负载在介孔微球内，然后在400-800℃的氮气保护下进行烧结而成。本方案的具体特点还有，乙氧基或甲氧基硅氧烷单体可选用四乙氧基硅烷、三甲氧基甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、三乙氧基甲基硅烷中的一种或者两种或者多种。不溶性氢氧化物可选用氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化铁中的一种或两种或者多种。一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球的制备方法，其特征是，它包括如下步骤：将乙氧基或甲氧基硅烷单体100g-200g加入500g去离子水中，加入适量十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌分散30min后，加入0.5-1g氢氧化钠作为催化剂，在60-80℃条件下进行缩合聚合反应，反应2小时后，将初始介孔微球过滤后在100℃条件下真空干燥。按1：（0.5-4）的质量分数将初始介孔微球和不溶性氢氧化物混合得到混合物，取定量的混合物加入等量去离子水中，搅拌24小时后滤出烘干，并在400-800℃条件下氮气保护烧解2小时，获得快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球。本方案的具体特点还有，乙氧基或甲氧基硅烷单体可选用四乙氧基硅烷、三甲氧基甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、三乙氧基甲基硅烷中的一种或者两种或者多种。不溶性氢氧化物可选用氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化铁中的一种或者两种或者多种。本专利技术提供的硅基介孔微球及其制备方法有益效果：1）本专利技术的硅基介孔微球与其他吸附材料相比，表面具有比表面积大、微观结构分散程度好的特点，并在表面负载大量不溶性氢氧化物，对污染水中的无机磷元素具有优异的吸附去除效果。该制备方法采用水为分散介质，摒弃传统以水和醇类溶剂为分散介质的缺陷，提高了制备硅基微球的经济性。相比其他硅基介孔微球，本专利技术的硅基介孔微球负载的不溶性氢氧化物，可充分与无机磷反应并吸附于硅基介孔微球的孔洞结构中。2）本专利技术的硅基介孔微球解决了在污水处理过程中无机磷元素吸附平衡慢、酸性条件下吸附效果差等的技术瓶颈，提高了污水中无机磷元素的深度处理的效果。该硅基介孔微球能快速有效提高污染水中大浓度无机磷的去除效果，并对污染水中低浓度磷具有显著的深度净化功能。此外，在酸性环境条件下，该硅基介孔微球相比其他方法制备的吸附材料，仍具有良好的无机磷吸附效果。3）本专利技术的硅基介孔微球适合大宗污水的磷吸附处理，用量低，适合对其进行规模化和产业化。该吸附剂突破了当前水环境吸附材料快速吸附和深度净化无机磷的瓶颈，相比其他除磷吸附剂，效果提升明显，可广泛应用于城市污水、工业场地地下水、地表水的磷的去除处理。具体实施方式实施例1：一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球的制备方法，它包括如下步骤：将100g四乙氧基硅烷、50g三甲氧基甲基硅烷加入500g去离子水中，加入0.5g十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌分散30min后，加入0.5g氢氧化钠作为催化剂，在60℃条件下进行缩合聚合反应，反应2小时后，将初始介孔微球过滤后在100℃条件下真空干燥。按1：2的质量分数将初始介孔微球和氢氧化钙混合，取100g上述混合物加入100g去离子水中，搅拌24小时后滤出烘干，在400℃条件下氮气保护烧结2小时，获得快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球。吸附方案：采用K3PO4的溶液作为目标污染水，上述制备的样品用量为1g/L。用HCl调整溶液pH值为4.2，P-PO43-浓度是500mg/L，吸附时间为30min和1h，吸附完成后通过0.4μm的水滤膜将吸附剂滤除，采用ICP-Ms离子色谱质谱联用检测溶液中剩余PO43-的浓度。深度净化采用含P-PO43-为10ppm的水溶液。吸附时间分别为1h和3h，吸附完成后通过0.4μm的水滤膜将吸附剂滤除，采用ICP-Ms离子色谱检测溶液中剩余PO43-的浓度。实施例2：一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球的制备方法，它包括如下步骤：将150g三甲氧基甲基硅烷、50g三乙氧基甲基硅烷加入500g去离子水中，加入0.7g十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌分散30min后，加入1g氢氧化钠作为催化剂，在80℃条件下进行缩合聚合反应，反应2小时后，将初始介孔微球过滤后在100℃条件下真空干燥。按1：1：1的质量分数将初始介孔微球和氢氧化钙、氢氧化铁混合，取100g上述混合物加入100g去离子水中，搅拌24小时后滤出烘干，在800℃条件下氮气保护烧结2小时，获得快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球。吸附方案与实施例1步骤相同实验数据附后。实施例3：一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球的制备方法，它包括如下步骤：将100g二甲氧基二甲基硅烷、30g三甲氧基甲基硅烷、50g三乙氧基甲基硅烷加入500g去离子水中，加入0.6g十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌分散30min后，加入0.8g氢氧化钠作为催化剂，在80℃条件下进行缩合聚合反应，反应2小时后，将初始介孔微球过滤后在100℃条件下真空干燥。按1：2:1的质量分数将初始介孔微球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球，其特征是它是通过以下步骤制成，乙氧基或甲氧基硅烷单体、适量十二烷基苯磺酸钠以及0.5-1g的氢氧化钠加入水中进行缩合聚合界面反应形成初始介孔微球；之后初始介孔微球与不溶性氢氧化物在水中混合形成水凝胶使氢氧化物充分渗透负载在介孔微球内，然后在400-800℃的氮气保护下进行烧结而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球，其特征是它是通过以下步骤制成，乙氧基或甲氧基硅烷单体、适量十二烷基苯磺酸钠以及0.5-1g的氢氧化钠加入水中进行缩合聚合界面反应形成初始介孔微球；之后初始介孔微球与不溶性氢氧化物在水中混合形成水凝胶使氢氧化物充分渗透负载在介孔微球内，然后在400-800℃的氮气保护下进行烧结而成。


2.根据权利要求1所述的快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球，其特征是，乙氧基或甲氧基硅氧烷单体选用四乙氧基硅烷、三甲氧基甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、三乙氧基甲基硅烷中的一种或两种或多种。


3.根据权利要求1所述的快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球，其特征是，不溶性氢氧化物选用氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化铁中的一种或两种或多种。


4.一种快速吸附去除无机磷的硅基介孔微球的制备方法，其特征是，它包括如下步骤：将乙氧基或甲氧基硅烷单体100g-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，王振华，郎洁，陈新，
申请(专利权)人：潍坊方嘉环境科技有限公司，山东方嘉环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37