一种钛掺杂介孔二氧化硅及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种钛掺杂介孔二氧化硅及其制备方法与应用，所述钛掺杂介孔二氧化硅由介孔二氧化硅负载二氧化钛得到，其比表面积为300～1000m2/g，孔体积为0.4～1.5cm3/g，平均孔径为2～20nm。本发明专利技术提供的钛掺杂介孔二氧化硅具有适当的孔径和表面反应活性，对水中草甘膦吸附效果好，吸附量大且吸附速度快，其制备方法步骤简单可控，反应条件温和，制备过程绿色环保，有望实现工业化生产。有望实现工业化生产。有望实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种钛掺杂介孔二氧化硅及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于水、废水、污水或污泥的处理
，具体涉及一种钛掺杂介孔二氧化硅及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]草甘膦是全球市场上产量和需求量最大的一种灭生性除草剂。与其他除草剂相比，草甘膦具有简单、有效、经济的优点，因此在农业和城市环境中被广泛使用，导致草甘膦除草剂的使用量急剧增加。过量的草甘膦容易进入自然水体中，对水环境和人体健康造成极大危害。因此，水中草甘膦的处理问题已经成为水处理领域的重点。
[0003]草甘膦废水的处理方法主要有：化学氧化法、生物法、化学沉淀法、膜分离法、吸附法等。其中吸附法因操作方便、成本低、处理效率高、对污染物适应能力强而得到了广泛的研究。其原理是通过吸附剂表面与草甘膦分子中的官能团产生物理或化学相互作用从而吸附草甘膦。目前用于吸附草甘膦的材料主要有活性炭、树脂等。
[0004]介孔二氧化硅材料具有比表面积大、表面易修饰、对环境无污染等优点，是一种具有潜力的吸附剂材料。但二氧化硅介孔材料化学活性不高，由于其化学惰性对草甘膦吸附能力差，应用于草甘膦的吸附效果仍然不够理想。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种钛掺杂介孔二氧化硅及其制备方法与应用，该钛掺杂介孔二氧化硅具有适当的孔径和比表面积，对草甘膦吸附量大。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0007]提供一种钛掺杂介孔二氧化硅，其由介孔二氧化硅负载二氧化钛得到，其比表面积为300～1000m2/g，孔体积为0.4～1.5cm3/g，平均孔径为2～20nm。
[0008]按上述方案，所述钛掺杂介孔二氧化硅中钛元素质量百分含量为1～50％。
[0009]本专利技术还包括上述钛掺杂介孔二氧化硅的制备方法，具体步骤如下：
[0010]1)将P123加入盐酸溶液中，加热搅拌溶解得到P123溶液，再加入正硅酸乙酯(TEOS)，保持加热，并搅拌20～60h后进行晶化处理，结束后待温度降至室温，滤出固体，洗涤，干燥，最后焙烧除去P123，得到介孔二氧化硅；
[0011]2)将步骤1)所得介孔二氧化硅超声分散于异丙醇中，然后在搅拌条件下逐滴滴加钛酸四丁酯(TBOT)，再加入水，15～35℃下搅拌反应1～6h，反应结束后将反应得到的混合物离心，将离心所得沉淀物洗涤、干燥，最后煅烧得到钛掺杂介孔二氧化硅(SBA
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T1)。
[0012]按上述方案，步骤1)所述盐酸溶液浓度为0.1～2mol/L，所述P123溶液质量浓度为10～50g/L。
[0013]按上述方案，步骤1)加热搅拌温度为25～50℃。
[0014]按上述方案，步骤1)所述P123与正硅酸乙酯的质量比为1：1～3。
[0015]按上述方案，步骤1)晶化处理温度为60～140℃，晶化处理时间为20～60h。
[0016]按上述方案，步骤1)焙烧工艺条件为：室温下以1～5℃/m1n的升温速率升温至500～600℃，保温3～8h。
[0017]按上述方案，步骤2)所述介孔二氧化硅与异丙醇的质量体积比为1g/5～50mL。
[0018]按上述方案，步骤2)所述介孔二氧化硅与钛酸四丁酯的质量比为1：0.1～10。
[0019]按上述方案，步骤2)所述钛酸四丁酯与水的质量比为1：5～20。
[0020]按上述方案，步骤2)锻烧工艺条件为：室温下以1～5℃/m1n的升温速率升温至200～500℃，保温2～6h。
[0021]本专利技术还包括上述钛掺杂介孔二氧化硅作为吸附剂在去除水中草甘膦方面的应用，具体使用方法为：将所述钛掺杂介孔二氧化硅加入含草甘膦的水体中，钛掺杂介孔二氧化硅的加入量为0.2～2g/L，调节体系pH值为1～13，搅拌处理5～1000m1n。
[0022]本专利技术采用P123为模板剂，正硅酸乙酯为硅源先合成介孔二氧化硅，然后以钛酸四丁酯为钛源通过水解法使二氧化钛负载到介孔二氧化硅中。通过钛源与介孔二氧化硅表面的硅羟基结合而将二氧化钛键接上去。二氧化钛对磷酸盐具有较强的吸附能力，而草甘膦含有一个膦酸基团，与磷酸盐有类似性质，因此二氧化钛对草甘膦也有一定的吸附效果。二氧化钛在钛掺杂介孔二氧化硅材料吸附草甘膦过程作为活性中心，提高了其对草甘膦的吸附能力。
[0023]本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供的钛掺杂介孔二氧化硅具有适当的孔径和表面反应活性，对水中草甘膦吸附效果好，吸附量大且吸附速度快。2、本专利技术的制备方法步骤简单可控，反应条件温和，制备过程绿色环保，有望实现工业化生产。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1所制备的钛掺杂介孔二氧化硅的氮气吸脱附等温线及孔径分布图；
[0025]图2为实施例1所制备的钛掺杂介孔二氧化硅在25℃时对不同pH值的草甘膦溶液的平衡吸附性能；
[0026]图3为实施例1所制备的钛掺杂介孔二氧化硅在25℃时对不同初始浓度的草甘膦溶液的平衡吸附性能；
[0027]图4为实施例1所制备的钛掺杂介孔二氧化硅在25℃时吸附时间对平衡吸附量的影响；
[0028]图5为实施例1所制备的钛掺杂介孔二氧化硅TEM图；
[0029]图6为对比例1所制备的SBA
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15的氮气吸脱附等温线及孔径分布图。
具体实施方式
[0030]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0031]实施例1
[0032]一种钛掺杂介孔二氧化硅，其制备方法如下：
[0033]1)取10g P123溶于350mL浓度为2mol/L的盐酸溶液中，在35℃下搅拌至澄清，使
P123完全溶解，然后匀速滴加21g正硅酸乙酯，在35℃下搅拌48h后，转入水热反应釜中于100℃晶化反应48h，将所得物质过滤，洗涤，然后在110℃下干燥12h，最后放入马弗炉中，以1℃/m1n的升温速率升温至550℃锻烧6h除去模板剂，得到介孔二氧化硅；
[0034]2)取1.5g介孔二氧化硅作为载体，超声使其分散于40.5mL异丙醇中，然后在搅拌条件下逐滴滴加2.73mL钛酸四丁酯，再加入27.3mL水，室温搅拌反应2h，将反应得到的混合物离心，离心所得沉淀物用乙醇洗涤2次，再次离心，将所得固体在60℃下干燥12h，最后放入马弗炉中，以2℃/m1n的升温速率升温至350℃煅烧4h，得到钛掺杂介孔二氧化硅(SBA
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T1)。
[0035]采用等离子体发射光谱仪(ICP)测得本实施例钛掺杂介孔二氧化硅中钛元素质量百分含量为17.29％。
[0036]图1为本实施例所制备的钛掺杂介孔二氧化硅的氮气吸脱附等温线及孔径分布图，由图可知，本实施例制备的钛掺杂介孔二氧化硅的比表面积为607.7m2/g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛掺杂介孔二氧化硅，其特征在于，其由介孔二氧化硅负载二氧化钛得到，其比表面积为300～1000m2/g，孔体积为0.4～1.5cm3/g，平均孔径为2～20nm。2.根据权利要求1所述的钛掺杂介孔二氧化硅，其特征在于，所述钛掺杂介孔二氧化硅中钛元素质量百分含量为1～50％。3.一种权利要求1或2所述的钛掺杂介孔二氧化硅的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将P123加入盐酸溶液中，加热搅拌溶解得到P123溶液，再加入正硅酸乙酯，保持加热，并搅拌20～60h后进行晶化处理，结束后待温度降至室温，滤出固体，洗涤，干燥，最后焙烧除去P123，得到介孔二氧化硅；2)将步骤1)所得介孔二氧化硅超声分散于异丙醇中，然后在搅拌条件下逐滴滴加钛酸四丁酯，再加入水，15～35℃下搅拌反应1～6h，反应结束后将反应得到的混合物离心，将离心所得沉淀物洗涤、干燥，最后煅烧得到钛掺杂介孔二氧化硅。4.根据权利要求3所述的钛掺杂介孔二氧化硅的制备方法，其特征在于，步骤1)所述盐酸溶液浓度为0.1～2mol/L，所述P123溶液质量浓度为10～50g/L；步骤1)加热搅拌温度为25～50℃。5.根据权利要求3所述的钛掺杂介孔二氧化硅的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕仁亮，黄茜，陈柳，朱君燕，张亚运，徐彩丽，沈浩，马家玉，吴再坤，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：