一种吸附铬的吸附剂、制备方法及吸附方法技术

本发明专利技术属于重金属的吸附分离技术领域，涉及一种吸附铬的吸附剂、制备方法及吸附方法。吸附剂为氨基功能化介孔二氧化硅纳米粒子，绿色环保，合成过程简便，吸附性能优异，且具有很好的稳定性和环境适应性。该吸附剂对Cr(

【技术实现步骤摘要】
一种吸附铬的吸附剂、制备方法及吸附方法


[0001]本专利技术属于重金属的吸附分离
，涉及一种吸附金属铬的吸附剂、制备方法及吸附方法。

技术介绍

[0002]铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)等重金属离子对生态系统造成严重污染。尽管自然界中含重金属矿物质、沉积物等会随着环境改变向水体迁移和转化，但就目前而言，工业废水中的重金属仍然是水体的主要污染源。随着冶金加工、化学原料及制品业、皮革等制品和制鞋业、金属和电子制品业、纺织等行业发展,大量含重金属离子的工业废水排入自然水体，严重威胁人类赖以生存的水资源。近年来我国工业废水中重金属的排放量总量依然居高不下，是潜在的污染源，并对人体健康形成潜在的威胁，对水中重金属污染进行治理已刻不容缓。在众多重金属中铬是公认的致癌物，其中Cr(
Ⅵ
)的毒性是Cr(Ⅲ)的100倍，在环境中Cr(
Ⅵ
)不会自然降解反而很容易被人体吸收的，它可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。经消化道侵入时可引起呕吐、腹疼。经皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹。危害最大的是长期或短期接触或吸入时有致癌危险。
[0003]目前常见的含铬废水处理技术包括化学沉淀、膜分离和混凝絮凝等物理化学和生物的方法，但它们在应用中有其固有的优势和局限性。相比其它处理技术，吸附法具有操作简便、处理效果好、适用范围广等优点，是当前去除水体重金属最为广泛的方法之一。为保障水资源可持续发展和人体健康，开发高效、环境友好和适用范围广的处理技术的是当前含铬废水处理领域的重要研究方向。
[0004]然而，处理含铬废水的传统吸附剂存在制备过程复杂、制备成本过高、吸附剂的吸附量偏低，循环成本过高等缺点。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种吸附铬的吸附剂、制备方法及吸附方法。本专利技术的吸附剂环境适应性好，制备过程高效、吸附量高、绿色环保。本专利技术通过硅酸四乙酯和3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷为主要原料，并控制反应的条件，合成比表面积高、孔径、粒径合适的氨基功能化介孔二氧化硅纳米颗粒，作为吸附铬的吸附剂。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂，所述吸附剂为氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料。
[0008]根据本专利技术，优选的，所述的氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料是通过硅酸四乙酯和3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷为主要原料合成含氨基的介孔二氧化硅纳米材料，在溶液中质子化的氨基与溶液中的Cr静电吸引相结合，从而实现对铬的去除。
[0009]根据本专利技术，优选的，所述的氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料的孔径分布范围很窄，孔的直径集中分布在4.2nm。
[0010]根据本专利技术，优选的，所述吸附剂在溶液的pH＝2，吸附剂质量与溶液体积之比为
1mg/mL，吸附温度为25℃，充分接触的条件下对重金属Cr(
Ⅵ
)的去除率达到了98％以上；
[0011]优选的，对其它的金属的吸附≤10％。
[0012]根据本专利技术，上述吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂的制备方法，包括步骤如下：
[0013]以硅酸四乙酯和3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷为反应原料，十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，浓氨水为催化剂；反应完成后，去除模板剂，分离固体，对固体洗涤后干燥，得到氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料，即为吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂。
[0014]根据本专利技术，优选的，硅酸四乙酯和3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷的体积比(1～6):1，最优选4:1。
[0015]根据本专利技术，优选的，反应温度为30℃～70℃，可以为30℃，50℃，70℃，进一步优选50℃。
[0016]根据本专利技术，优选的，反应时间为6
‑
30小时；反应过程中，进行搅拌，优选的机械搅拌速率为300rpm
‑
1000rpm。
[0017]根据本专利技术，优选的，氨水的质量浓度为26％～28％。
[0018]根据本专利技术，优选的，除去模板剂所用的试剂是乙醇与盐酸按体积比为11：1的混合溶液；
[0019]优选的，对固体洗涤所用试剂为去离子水和无水乙醇。
[0020]根据本专利技术，上述吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂在吸附重金属Cr(
Ⅵ
)中的应用。
[0021]根据本专利技术，利用上述吸附剂吸附Cr(
Ⅵ
)的方法，包括如下步骤：
[0022](1)调节含Cr(
Ⅵ
)溶液的pH值；
[0023](2)将吸附剂分散在上述步骤(1)溶液中，充分混合接触；
[0024](3)将充分混合的步骤(2)中溶液离心分离，水溶液中的重金属Cr(
Ⅵ
)被吸附在吸附材料上。
[0025]根据本专利技术，优选的，步骤(1)中调节pH为1～13，优选pH为1～12，更优选pH为2～6；
[0026]优选的，调节pH值所用的试剂为盐酸或氢氧化钠。
[0027]根据本专利技术，优选的，步骤(2)中吸附温度为25℃～60℃，吸附时间为60
‑
150min。
[0028]优选的，吸附剂的质量与溶液体积比为0.2～1.4(g/L)。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0030]1.本专利技术以硅酸四乙酯和3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷为主要原料得到氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料，在溶液中材料上的氨基质子化后带正电，可以与带负电的含Cr负离子通过静电吸引相结合，同时在酸性条件下质子化的氨基会与其它带正电的金属离子相互排斥，从而表现出良好的吸附性能和选择性能。
[0031]2.本专利技术所述吸附剂的合成步骤简单，绿色环保，环境适应性与稳定性好。
[0032]3.该吸附剂对重金属Cr(
Ⅵ
)有很好的吸附性能及吸附选择性，对重金属Cr(
Ⅵ
)的去除率达到了98％，对其它的金属不超过10％。
[0033]4.本专利技术的吸附剂在酸性条件下材料表面Zeta电位随pH的变化小；在施加外界驱动力的条件下，达到吸附平衡时间很短。
附图说明
[0034]图1为实施例1中吸附剂的红外谱图表征。
[0035]图2为实施例1中吸附剂的孔径分布。
[0036]图3为实施例7中吸附剂对9种不同共存金属离子的去除率。
具体实施方式
[0037]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施案例对本专利技术做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例与实施例中的特征可以相互组合。
[0038]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂为氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料。2.根据权利要求1所述的吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂，其特征在于，所述的氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料是通过硅酸四乙酯和3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷为主要原料合成含氨基的介孔二氧化硅纳米材料。3.根据权利要求1所述的吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂，其特征在于，所述的氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料的孔径集中分布在4.2nm。4.根据权利要求1所述的吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂在溶液的pH＝2，吸附剂质量与溶液体积之比为1mg/mL，吸附温度为25℃，充分接触的条件下对重金属Cr(
Ⅵ
)的去除率达到了98％以上；优选的，对其它的金属的吸附≤10％。5.权利要求1所述的吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂的制备方法，包括步骤如下：以硅酸四乙酯和3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷为反应原料，十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，浓氨水为催化剂；反应完成后，去除模板剂，分离固体，对固体洗涤后干燥，得到氨基功能化介孔二氧化硅纳米材料，即为吸附Cr(
Ⅵ
)的吸附剂。6.根据权利要求5所述的吸附Cr(

【专利技术属性】
技术研发人员：杨延钊，苏腾，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：