氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于复合材料的制备以及对重金属的吸附领域，具体涉及氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料及其制备方法和应用。制备方法包括如下步骤：将P123溶于水中，加入浓盐酸，水浴搅拌加入正丁醇搅拌，加入Na2SiO3进行反应；将步骤上述所得溶液倒入用乙酸溶解的CS溶液中，滴加GA溶液，室温下进行反应转入反应釜中，进行水热反应，冷却，抽滤，洗涤，干燥，索氏提取后，得中间产物CS/KIT

【技术实现步骤摘要】
氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于复合材料的制备以及对重金属的吸附领域，具体涉及氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铬是广泛分布在岩石、淤泥、矿物质、土壤和淡水中的一种化学元素，这种金属存在几种氧化态，其中Cr(Ⅲ)和Cr(VI)是环境中主要存在形态。Cr(VI)以阴离子形态存在，易溶于水，具有强氧化性；在工业中很常见，如铬盐工业、合金化、电镀废水，金属抛光，是土壤环境中仅次于铅的重金属污染物；可以通过吸入、摄取或皮肤接触对人体产生毒害，引起一系列病变，如水肿、皮肤溃疡、肺癌等。Cr(Ⅲ)有致畸作用。据估计，Cr(VI)毒性大约是Cr(Ⅲ)的 100倍，诱导有机体突变是Cr(Ⅲ)的1000多倍。Cr(VI)在水体中溶解度、迁移性较高且在生物体内很容易聚集，因此会随着食物链在生物体内富集，大范围扩散性污染也由此形成。治理铬污染成本高，难度大。Cr(VI)现以被国际癌症研究机构(IARC)划分到第一类致癌物质行列当中。美国环境保护局(USA)规定地表水中Cr(VI)的最高含量必须低于0.5mg
·
L
‑1。因此，消除废水中Cr(VI)刻不容缓。
[0003]吸附法利用吸附材料本身所具有的高比表面积或者有特殊功能的官能团，对水中重金属离子进行吸附，是一种比较常用去除废水中重金属离子的方法，这种方法设计灵活，操作简便，经济有效，而且还能有效地浓缩和改变操作介质，因此备受关注，并且成为近年来的研究热点。吸附剂种类繁多，比较常用的吸附剂有含碳基的复合材料、多种活性氧化物以及各种无机合成吸附材料等。在各种各样的吸附剂中，介孔二氧化硅的应用也愈来愈广泛。
[0004]介孔二氧化硅KIT
‑
6结构形态类似MCM
‑
48，为三维立方有序的介孔结构，但孔径相对较大，在4
‑
12nm之间可调，合成相对容易。KIT
‑
6特有的三维立方孔道就像一个开口的介孔模板使活性物种的负载变得容易，而且负载物可以在整个孔道内部分散均匀而不形成团聚的大颗粒，使其既具有MCM
‑
48优异的结构性能又克服了MCM
‑
48合成时的苛刻条件。它的诱人之处还在于其在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域的潜在应用价值。与基于SBA
‑
15 或MCM
‑
41的二维孔道型介孔材料相比，这种三维孔道结构更利于接枝功能化处理，且客体分子在孔道内的流通性更强。KIT
‑
6是一种新兴的、结构高度有序、孔道均一且可调、高比表面积、水热稳定性优良、成本低廉而又可再回收利用的理想硅基介孔材料吸附剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要针对硅基材料的改性研究，利用价格低廉的Na2SiO3作为硅源，引入壳聚糖(CS)一步得到壳聚糖/二氧化硅中间体，然后再利用戊二醛(GA)将硫脲(TSC)接枝到壳聚糖/二氧化硅的孔道内部，制备得到氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料。本专利技术操作简单，环保清洁，吸附性能好，循环稳定性能强，具有很高的实用利用价值。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料，是使用TSC对CS/KIT
‑
6进行修饰形成的复合材料m2TSC
‑
VGA@m1CS/KIT
‑
6。
[0007]上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)将适量的P123溶于一定量水中，加入浓盐酸，30
‑
40℃水浴搅拌一定时间，加入正丁醇搅拌一定时间，然后加入Na2SiO3，反应3
‑
4h；
[0009]2)将步骤1)所得溶液倒入用乙酸溶解的CS溶液中，逐滴滴加适量GA溶液，室温下进行反应后，转入反应釜中，进行水热反应，冷却，抽滤，洗涤至中性，干燥，用丙酮进行索氏提取后，得中间产物CS/KIT
‑
6；
[0010]3)将CS/KIT
‑
6溶于适量水中，逐滴加入TSC溶液，搅拌直至溶解；然后逐滴加入适量 GA溶液，85
‑
100℃搅拌4
‑
5h，用水洗涤至中性，干燥，得目标产物m2TSC
‑
VGA@m1CS/KIT
‑
6。
[0011]优选地，上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，步骤1)中，按质量比，P123:水:正丁醇:Na2SiO3＝1:30:1:2.9。
[0012]优选地，上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，步骤2)中， GA的用量为，按质量比，Na2SiO3:GA＝1:(1
‑
1.5)；CS的用量为，按质量比， Na2SiO3:CS＝1:(0.1
‑
0.2)。
[0013]优选地，上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，步骤2)中，室温下反应的时间为22
‑
24h。
[0014]优选地，上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，步骤2)中，水热反应的温度为100
‑
110℃，反应时间为20
‑
22h。
[0015]优选地，上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，步骤3)中， TSC的用量为，按质量比，CS/KIT
‑
6:TSC＝1:(0.3
‑
3)。
[0016]优选地，上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，步骤3)中，按质量比，TSC:GA＝1:(1.5
‑
15)。
[0017]上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料作为吸附剂在吸附六价铬中的附应用。
[0018]优选地，上述的应用，方法如下：于含有六价铬的溶液中，调节pH为1
‑
8，加入上述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料，303K下震荡24h。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1)壳聚糖氨基上的氮原子、羟基上的氧原子以及氨基硫脲分子结构上的氮、硫基团，都可与Cr(VI)之间发生螯合作用，吸附剂上质子化的氨基(
‑
NH
3+
)首先是作为阳离子基团和六价铬的阴离子酸根(HCrO4‑
/CrO
72
‑
)相互作用，同时给电子基团(如
‑
NH2)提供电子，最终使得Cr(VI) 被还原为Cr(Ⅲ)，从而成功地完成了对铬的吸附。
[0021]2)本专利技术制备的吸附剂m2TSC
‑
VGA@m1CS/KIT
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6吸附效果好，在酸度为pH 3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料，其特征在于，是使用TSC对CS/KIT
‑
6进行修饰形成的复合材料m2TSC
‑
VGA@m1CS/KIT
‑
6。2.权利要求1所述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将适量的P123溶于一定量水中，加入浓盐酸，30
‑
40℃水浴搅拌一定时间，加入正丁醇搅拌一定时间，然后加入Na2SiO3，反应3
‑
4h；2)将步骤1)所得溶液倒入用乙酸溶解的CS溶液中，逐滴滴加适量GA溶液，室温下进行反应后，转入反应釜中，进行水热反应，冷却，抽滤，洗涤至中性，干燥，用丙酮进行索氏提取后，得中间产物CS/KIT
‑
6；3)将CS/KIT
‑
6溶于适量水中，逐滴加入TSC溶液，搅拌直至溶解；然后逐滴加入适量GA溶液，85
‑
100℃搅拌4
‑
5h，用水洗涤至中性，干燥，得目标产物m2TSC
‑
VGA@m1CS/KIT
‑
6。3.根据权利要求2所述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化硅材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，按质量比，P123:水:正丁醇:Na2SiO3＝1:30:1:2.9。4.根据权利要求2所述的氨基硫脲功能化的三维壳聚糖/二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄振宁，卢安平，王丹丹，单炜军，于海彪，王月娇，冯小庚，崔俊硕，熊英，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：