一种去除土壤中重金属的功能性配位材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，该方法包括：称取多孔二氧化硅并进行预处理；在反应釜中加入第一溶剂，加入预处理后的多孔二氧化硅以及硅烷偶联剂，在20

【技术实现步骤摘要】
一种去除土壤中重金属的功能性配位材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料化学技术以及环境科学领域，尤其涉及一种去除土壤中重金属的功能性配位材料以及该材料的制备方法。

技术介绍

[0002]土壤重金属污染已成为世界范围内最普遍、最严重的环境问题之一，农用地重金属污染对人类健康、粮食及生态安全构成重大威胁。Cd、As 等元素是中国农用地土壤中常见的重金属污染物，其污染具有低浓度、长期性和累积性等特点，在土壤中过度积累导致作物对重金属的吸收增加，影响农作物的产量和质量，而进入食物链的重金属会对人体健康带来巨大风险。因此，如何高效去除土壤中重金属，提升农业安全成为人们关注的问题。
[0003]目前传统的金属去除剂有离子交换树脂和活性炭。离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。其对重金属离子的吸附过程可分为4个主要部分：
①
重金属离子扩散到树脂表面的静止液膜；
②
重金属离子扩散到树脂；
③
重金属离子扩散到树脂内部；
④
与功能基团所带的相反电荷发生离子交换。这种去除剂的缺点在于树脂材料污染和损伤，树脂再生较复杂。目前其使用局限性大，主要运用于特定的工业生产环境，很难运用到土壤中的重金属去除。活性炭由于其特殊的海绵状结构，一般具有较高的内表面积，并且它的吸附性能主要取决于其孔隙度和比表面积，由于其较好的化学稳定性，现在已经普遍运用于污水净化处理中。然而，对于金属的选择性吸附而言，吸附剂的表面化学结构和外部配体更为重要，通常被要求需要具有一定的元素选择性。活性炭所面临的问题是官能团的外部装载会导致其化学结构发生改变，这使得其进一步功能化的尝试变得复杂，因为化学变化同样会导致物理改性，从而潜在地改变了其作为金属清除剂的行为。
[0004]因此，现有技术中存在对去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法及材料改进的需求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提出一种去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法及材料，这种材料具有超大比表面积，可以选择性地去除土壤中的重金属。
[0006]基于上述目的，本专利技术实施例一方面提供了去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0007]称取多孔二氧化硅并进行预处理；
[0008]在反应釜中加入第一溶剂，加入预处理后的多孔二氧化硅以及硅烷偶联剂，在20
‑
150℃的温度下反应4
‑
12小时以得到固液混合物；
[0009]对固液混合物进行冷凝回流2
‑
6小时降温，过滤固液混合物以得到固态的多孔硅胶复合材料。
[0010]在一些实施方式中，方法还包括：
[0011]基于不同种类的硅烷偶联剂制备多种多孔硅胶复合材料，将多种多孔硅胶复合材
料中的两种或多种进行二次混合，以得到混合多孔硅胶复合材料，二次混合中任意两种多孔硅胶复合材料的组合的摩尔比为1：1000
‑ꢀ
1000：1。
[0012]在一些实施方式中，预处理包括：
[0013]使用筛网筛选得到粒径在10
‑
1000μm之间的多孔二氧化硅；
[0014]使用烘箱烘干以使多孔二氧化硅的水分低于0.5％。
[0015]在一些实施方式中，第一溶剂为有机溶剂和/或水，第一溶剂的加入量为多孔二氧化硅和硅烷偶联剂总加入量的3
‑
100倍。
[0016]在一些实施方式中，有机溶剂含有羧酸基、醇基、巯基、氨基、磷基中的一种。
[0017]在一些实施方式中，多孔二氧化硅和硅烷偶联剂的加入量的摩尔比为 1：100
‑
100：1。
[0018]在一些实施方式中，硅烷偶联剂包括(3
‑
氨基丙基)三甲氧基硅烷、 [3
‑
(6
‑
氨基己基氨基)丙基]三甲氧基硅烷、(3
‑
巯基丙基)三甲氧基硅烷、 3
‑
巯甲基三甲氧基硅烷、N
‑
正丁氨基丙基三甲氧基硅烷、氮
‑
(乙酰甘氨酰)
ꢀ‑3‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、[氮
‑
(2
‑
氮
‑
苄氨基乙基)
‑3‑
胺丙基]三甲氧基硅烷、2
‑
(二苯基膦基)乙基三乙氧基硅烷中的两种或多种。
[0019]在一些实施方式中，硅烷偶联剂的组合中任意两种组合的摩尔比为1： 1000
‑
1000：1。
[0020]本专利技术另一方面还提供一种根据上述权利要求之一的制备方法制备的功能性配位材料，功能性配位材料为多孔硅胶复合材料，多孔硅胶复合材料中SiO2含量≥70％，官能团含量≤30％，多孔硅胶复合材料的粒径为10
‑ꢀ
1000μm，孔径为比表面积为10
‑
1000m2/g。
[0021]在一些实施方式中，官能团包括氨基官能团、巯基官能团以及磷基官能团。
[0022]本专利技术至少具有以下有益技术效果：
[0023](1)本专利技术的方法以多孔二氧化硅为载体，通过硅烷偶联剂提供官能团，通过第一溶剂提供反应场所以使其充分反应使多孔二氧化硅装载不同官能团，结合先进的功能性配位材料合成技术，开发了有能力在作物生长关键期/短期部署内高效锁定土壤中重金属元素的新型功能性配位材料。
[0024](2)使用本专利技术的方法制备的功能性配位材料，即多孔硅胶复合材料，属于高效多孔材料，超大的表面积可最大化选择性地去除土壤的重金属，且材料的稳定性强，不会影响/改变土壤本身性质，同时不会引入其他杂质，且不会产生有毒有害副产物。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0026]图1为本专利技术提供的去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法实施例的示意图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术实施例进一步详细说明。
[0028]需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本专利技术实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
[0029]如图1所示为本专利技术提供的去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法实施例的示意图，该方法包括以下步骤：
[0030]S1、称取多孔二氧化硅并进行预处理；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：称取多孔二氧化硅并进行预处理；在反应釜中加入第一溶剂，加入预处理后的所述多孔二氧化硅以及硅烷偶联剂，在20
‑
150℃的温度下反应4
‑
12小时以得到固液混合物；对所述固液混合物进行冷凝回流2
‑
6小时降温，过滤所述固液混合物以得到固态的多孔硅胶复合材料。2.根据权利要求1所述的去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，还包括：使用多个种类的所述硅烷偶联剂制备多种所述多孔硅胶复合材料，将所述多种多孔硅胶复合材料中的两种或多种进行二次混合，以得到混合多孔硅胶复合材料，二次混合中任意两种所述多孔硅胶复合材料的组合的摩尔比为1：1000
‑
1000：1。3.根据权利要求1所述的去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，其特征在于，所述预处理包括：使用筛网筛选得到粒径在10
‑
1000μm之间的所述多孔二氧化硅；使用烘箱烘干以使所述多孔二氧化硅的水分低于0.5％。4.根据权利要求1所述的去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为有机溶剂和/或水，所述第一溶剂的加入量按重量计为所述多孔二氧化硅和所述硅烷偶联剂总加入量的3
‑
100倍。5.根据权利要求4所述的去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂含有羧酸基、醇基、巯基、氨基、磷基中的至少一种。6.根据权利要求1所述的去除土壤中重金属的功能性配位材料的制备方法，其特征在于，所述多孔二氧化硅和所述硅烷偶联剂的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐颖键，
申请(专利权)人：徐颖键，
类型：发明
国别省市：