一种氨基改性硅基气凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种氨基改性硅基气凝胶及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的氨基改性硅基气凝胶通过将硅源与氨基前驱体反应生成湿凝胶后，利用改性剂和催化剂改性后，进行氨基改性，干燥后得到。本发明专利技术提供的氨基改性硅基气凝胶对金属离子吸附量高，选择性高。本发明专利技术提供的氨基改性硅基气凝胶制备方法，既保留了二氧化硅气凝胶的轻质结构和孔道特性，又对其进行了氨基功能改性，同时常压合成条件解决了传统制备硅基气凝胶对设备要求高，实验条件苛刻的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基改性硅基气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于化学及纳米材料
，具体涉及一种氨基改性硅基气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济快速发展，人类对金属的冶炼、加工及各类工业生产活动日益增多，废水中的重金属离子对生态系统和人类生存与健康构成了严重威胁。如何高效地解决废水中重金属的污染问题已经成为科研工作者的研究热点。目前去除重金属离子方法有吸附法、化学沉淀法、氧化还原法、光催化法、离子交换、膜过滤等，其中吸附法是去除废水中重金属的一种常用方法，具有简便、经济、适用范围广、无二次污染等优点。因此，开发吸附选择性好、容量大及效率高的吸附材料成为一个重要的研究方向。
[0003]二氧化硅气凝胶是一种低密度多孔非晶纳米材料，具有连续的高通透三维网络结构，拥有超高孔隙率和比表面积，且孔隙结构易于调控，表面可进行化学修饰，在重金属离子吸附领域展现出广阔的应用前景。

技术实现思路

[0004]现有技术中仅依靠二氧化硅气凝胶自身网络结构进行物理吸附，对重金属离子吸附量有限、选择性不高。
[0005]另外，常用的制备硅基气凝胶的超临界干燥法，设备要求高，且需在高温高压条件下进行，很难实现广泛的工业化生产。
[0006]针对现有技术中的二氧化硅气凝胶对重金属离子吸附量低、选择性差的问题，本专利技术提供一种氨基改性硅基气凝胶。
[0007]本专利技术提供一种氨基改性硅基气凝胶，所述氨基改性硅基气凝胶通过将硅源与氨基前驱体反应生成湿凝胶后，利用第一改性剂和催化剂改性后，进行氨基改性，干燥后得到。
[0008]优选地，所述接着进行氨基改性是通过利用含胺基的第二改性剂进行氨基改性，优选所述含胺基的第二改性剂乙二胺、甲基乙二胺，二甲基乙二胺中的一种或两种以上的组合。
[0009]优选地，所述气凝胶的平均孔径范围为40
‑
80nm。
[0010]优选地，所述氨基改性硅基气凝胶对Pb(II)金属离子的吸附容量是39
‑
55mg/g；
[0011]优选地，对Cd(II)金属离子的吸附容量是25
‑
38mg/g、
[0012]优选地，对Cu(II)金属离子的吸附容量是22
‑
33mg/g。
[0013]本专利技术还提供所述的氨基改性硅基气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将硅源和氨基前驱体溶于第一溶剂中，
‑
5～10℃条件下进行水解反应得到湿凝胶；
[0015](2)将步骤(1)中得到的湿凝胶加入到第一改性剂、催化剂和第二溶剂混合溶液中
进行反应后，去除杂质，然后加入第二改性剂溶液，得到氨基改性的二氧化硅复合凝胶；
[0016](3)将步骤(2)中得到的氨基改性的二氧化硅复合凝胶利用第四溶剂进行溶液置换，用六甲基二硅氮烷与正己烷的混合溶液浸泡，干燥后得到。
[0017]优选地，步骤(1)中，所述硅源为正硅酸乙酯；
[0018]优选地，步骤(1)中，所述氨基前驱体为3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷；
[0019]优选地，步骤(1)中，所述硅源与氨基前驱体的质量比为2
‑
4:1。
[0020]优选地，步骤(1)中，第一溶剂选自无水乙醇、甲醇，异丙醇和丁醇中的一种或两种以上的组合；
[0021]优选地，所述硅源与第一溶剂的体积比为1：1.2
‑
1.8。
[0022]优选地，步骤(1)中，在水溶液中进行水解反应；
[0023]优选地，水解反应时间为2～4h。
[0024]优选地，步骤(2)中，第一改性剂为环氧氯丙烷、环氧氯丙烷，环氧氯丁烷和环氧溴丙烷中的一种或两种以上的组合；
[0025]优选地，步骤(2)中，所述催化剂为高氯酸和浓硫酸中的一种或两种；
[0026]优选地，步骤(2)中，第一改性剂、催化剂和第二溶剂的体积比为1：0.01～0.02：15。
[0027]优选地，步骤(2)中，所述混合溶液与湿凝胶的体积比为1:1
‑
1.5。
[0028]优选地，步骤(2)中，第二溶剂为无水乙醇。
[0029]优选地，步骤(2)，反应温度为25
‑
35℃；
[0030]优选地，反应时间为10
‑
20h。
[0031]优选地，步骤(2)中，以第三溶剂去除杂质，所述第三溶剂为无水乙醇和丙酮中的一种或两种
[0032]优选地，步骤(2)中，所述第二改性剂为乙二胺、甲基乙二胺，二甲基乙二胺中的一种或两种以上的组合；
[0033]优选地，所述第二改性剂溶液的体积浓度为15
‑
25％；
[0034]优选地，所述第二改性剂溶液与湿凝胶的体积比为1:0.5
‑
1.5；
[0035]优选地，在40～60℃条件下加入第二改性剂溶液。
[0036]优选地，步骤(3)中，所述第四溶剂为正己烷和正戊烷中的一种或两种。
[0037]优选地，步骤(3)中，六甲基二硅氮烷与正己烷的体积比为1：4～6。
[0038]优选地，步骤(3)中，在温度为20
‑
30℃条件下干燥10
‑
20h，然后在50～80℃下干燥4
‑
10h。
[0039]优选地，步骤(3)中，室温干燥10
‑
20h后接着放入烘箱中继续干燥5
‑
10h。
[0040]本专利技术还提供所述的氨基改性硅基气凝胶或所述的制备方法制备得到的氨基改性硅基气凝胶在吸附重金属离子中的应用。
[0041]本专利技术的有益效果是：
[0042]本专利技术提供的氨基改性硅基气凝胶选择性好、吸附效率高，为含重金属离子废水的吸附处理提供一种成本低廉、无二次污染的硅基新材料，进一步实现大规模工业化生产。
[0043]本专利技术提供的氨基改性硅基气凝胶的制备方法简便、经济。该制备方法首先在溶胶凝胶反应过程中即引入氨基前驱体APTES，在纳米尺度上赋予气凝胶网络特定的性能。然
后在湿凝胶形成后通过嫁接手段对气凝胶表面进行氨基功能化改性，通过引入氨基基团提升气凝胶对目标重金属离子的吸附量和选择性，依靠特异性化学吸附同时提高气凝胶对重金属离子的吸附量和选择性。本专利技术提供的氨基改性硅基气凝胶制备方法，既保留了二氧化硅气凝胶的轻质结构和孔道特性，又对其进行了氨基功能改性，同时常压合成条件解决了传统制备硅基气凝胶对设备要求高，实验条件苛刻的问题。
附图说明
[0044]图1是本专利技术中实施例1
‑
3制备得到的氨基改性硅基气凝胶对Pb(II)、Cd(II)、Cu(II)三种金属离子的吸附容量。
具体实施方式
[0045]本专利技术提供一种氨基改性硅基气凝胶。本专利技术提供的氨基改性硅基气凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨基改性硅基气凝胶，其特征在于，所述氨基改性硅基气凝胶通过将硅源与氨基前驱体反应生成湿凝胶后，利用第一改性剂和催化剂改性后，接着进行氨基改性，干燥后得到。2.根据权利要求1所述的氨基改性硅基气凝胶，其特征在于，所述接着进行氨基改性是通过利用含胺基的第二改性剂进行氨基改性，优选所述含胺基的第二改性剂乙二胺、甲基乙二胺，二甲基乙二胺中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1或2所述的氨基改性硅基气凝胶，其特征在于，所述气凝胶的平均孔径范围为40
‑
80nm。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的氨基改性硅基气凝胶，其特征在于，所述氨基改性硅基气凝胶对Pb(II)金属离子的吸附容量是39
‑
55mg/g；优选地，对Cd(II)金属离子的吸附容量是25
‑
38mg/g；优选地，对Cu(II)金属离子的吸附容量是22
‑
33mg/g。5.权利要求1
‑
4任意一项所述的氨基改性硅基气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硅源和氨基前驱体溶于第一溶剂中，
‑
5～10℃条件下进行水解反应得到湿凝胶；(2)将步骤(1)中得到的湿凝胶加入到第一改性剂、催化剂和第二溶剂混合溶液中进行反应后，去除杂质，然后加入第二改性剂溶液，得到氨基改性的二氧化硅复合凝胶；(3)将步骤(2)中得到的氨基改性的二氧化硅复合凝胶利用第四溶剂进行溶液置换，用六甲基二硅氮烷与正己烷的混合溶液浸泡，干燥后得到。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅源为正硅酸乙酯；优选地，步骤(1)中，所述氨基前驱体为3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷；优选地，步骤(1)中，所述硅源与氨基前驱体的质量比为2
‑
4:1。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第一溶剂选自无水乙醇、甲醇，异丙醇和丁醇中的一种或两种以上的组合；优选地，所述硅源与第一溶剂的体积比为1：1.2
‑
1.8。8.根据权利要求5
‑
7任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在水溶液中进行水解反应；优选地，水解反应时间为2～4h。9.根据权利要求5
‑
8任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，第一改性剂为环氧氯丙烷，环氧氯丁烷和环氧溴丙烷中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐仁生，王珍，方长青，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：