本发明专利技术公开了一种多级结构水滑石吸附剂及其制备方法，属于有机－无机超分子杂化材料合成技术领域。一次粒子弯曲层板状，表面活性剂阴离子插层的整体球形皱褶结构，化学通式为：［Ｍ２＋１－ｘＭ３＋ｘ（ＯＨ）２］ｘ＋（Ａｎ－）ｘ／ｎ.ｍＨ２Ｏ，Ａｎ－为层间阴离子，Ｍ２＋为Ｍｇ２＋，Ｍ３＋为Ａｌ３＋，ｘ为Ｍ３＋／（Ｍ２＋＋Ｍ３＋）的摩尔比；采用尿素静态晶化法，在阴离子表面活性剂水溶液中，利用阴离子表面活性剂囊泡模板的界面诱导作用及其在水滑石层板间的插层作用，调变阴离子活性剂水溶液浓度、晶化温度、晶化时间，一步直接合成。本发明专利技术对水溶液中有机污染物具有优良的吸附性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，这种吸附剂对废水中有机 污染物具有高效吸附性能，属于有机-无机超分子杂化材料合成
技术介绍
近几十年来，随着工业污水和生活污水的不断增加，水体污染日趋严重，废水中各 种污染物含量大大超标，对环境和人体健康造成了极大的威害。为解决这一问题，人们研发 了多种有机或无机吸附剂材料。如常见的活性炭、分子筛以及介孔硅材料等。它们作为吸 附剂，都具有良好的介孔结构，能够高效吸附吸附质。但是在选择吸附性能方面还有待进一 步改善，且操作费用也较高。因此，开发一种新型的具有高效选择吸附性能、对环境无害且 又相对廉价的吸附材料是很有必要的。层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简写为LDHs)，又称类水滑石 化合物(Hydrotalcite like compound，简写为HTLc)，是一种典型的阴离子型层状化合物。 层板一般为二价、三价金属阳离子，使得层板带正电荷，层间与之平衡的阴离子具有可交换 性。类水滑石及其杂化材料的特殊纳米级层状结构及组成、性能的可设计性和可调控性使 其成为具有良好应用前景的无机功能纳米材料。目前已有大量使用水滑石作为吸附材料的 研究报道。制备水滑石材料的常规方法主要有共沉淀法，尿素法，离子交换法，氧化物前体 法等。但是，以上方法制备得到的水滑石产物均为层板平直的刚性片状结构，这一单一的产 物形态限制了水滑石在该领域中的深入应用。近年来，随着生物矿化、界面化学、模板化学以及纳米粒子空间限域合成理论等交 叉学科研究领域的不断拓展，有机/无机多功能杂化材料的研究已成为该领域热点之一。 生物矿化概念是借助生物学体系，获得具有规则尺寸、形态和取向的无机晶体。晶体的成 核、生长和聚集都是通过有机基体的控制在确定的空间位置上有序地进行。因此，近年来人 们模拟生物矿化方法，利用模板法可控制备无机离粒子的研究逐步升深入，人工合成了多 形态的各类无机晶体和矿物质。模板法是一种源于化学仿生学的合成纳米材料的方法，它 主要以有机分子或其自组装体系作为模板剂，通过离子键、氢键和范德华力等作用力，在溶 剂存在的条件下使模板剂对游离状态下的无机或有机前躯体进行引导，从而生成具有纳米 有序结构的粒子或薄膜自组装体。近年来的深入研究表明，模板法对于各种不同化学键组 成的无机材料都可以实现有效的形貌和尺寸控制。介孔分子筛类的共价键化合物，纳米金 属等金属键材料，金属氧化物、氢氧化物、金属盐等离子键化合物，都可以通过模板法有效 地控制其晶体生长并形成多种多样的特殊形貌。模板法所采用的模板剂也从最初的醇胺、有机铵盐和烷基羟化胺等有机分子的单 体逐步扩展到以液晶和囊泡等形式存在的有机分子的自组装体系和天然的有机体如细菌 和DNA等。在众多的模板剂中使用最广泛研究最深入的是以表面活性剂为代表的两亲分子 的自组装体系，它们不但种类多样，结构易于调节而且仅通过改变有限的反应条件就能有 效的控制前躯体不同的聚集状态。阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(C12H25SO3Na, SDS)作为常见的阴离子表面活性剂，其阴离子分子链长约为1.85nm，很容易插层组装进水滑石层 板间作为柱撑阴离子，并且对于电正性的水滑石层板具有较强的吸附作用力。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种多级结构水滑石高效吸附材料及其制备方法，利用有 机-无机自组装体系作为模板，控制水滑石一次粒子和整体粒子的微介观尺寸与形态。本专利技术的一种多级结构水滑石吸附剂，其特征在于，具有整体球形多级结构，一次 粒子弯曲层板状，整体球形皱褶的表面活性剂阴离子插层水滑石材料，化学组成通式为 [M2+^xM3+,(OH)2]x+(AnOχ/η ·πιΗ20，其中，An_为层间阴离子，η为阴离子化合价态；m为层间水分 子的个数；二价金属阳离子M2+为Mg2+，三价金属阳离子M3+为A13+，x为M3+/(M2++M3+)的摩尔 比值。上述一次粒子弯曲层板状，层板间距为2. 53nm。此多级结构水滑石吸附剂的合成及结构特点为采用尿素静态晶化法，在阴离子 表面活性剂十二烷基磺酸钠(C12H25SO3Na, SDS)的水溶液中，利用阴离子表面活性剂囊泡模 板的界面诱导作用及其在水滑石层板间的插层作用，调变阴离子活性剂水溶液浓度、晶化 温度、晶化时间，一步直接合成制备一次粒子弯曲形变，整体呈球形皱褶多级结构的水滑石 材料。本专利技术的一种多级结构水滑石吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤如 下a.阴离子表面活性剂水溶液的配制将十二烷基磺酸钠(SDS)溶解在60°C的去离 子水中，配制SDS摩尔浓度为0. 010，0. 015或0. 0175mol/L的水溶液；b.反应混合液的配制快速搅拌下，先将Mg (NO3)2和尿素(Urea)溶解在a步骤溶 液中，再向其中加入Al (NO3) 3，搅拌混合液2-3分钟，使得反应混合液中Mg2+/A137SDS/Urea 的初始摩尔比值为=2/1/1/10, 2/1/1. 5/10 或 2/1/1. 75/10 ；c.尿素静态晶化将b步骤中制得反应混合液置于压力容弹中，在150°C下静态晶 化24h，所得最终产物浆液用去离子水和无水乙醇洗涤、过滤并干燥，得到白色固体粉末状产物。本专利技术的优点在于根据水滑石层板带正电的化学性质，利用表面活性剂阴离子 插层和摘自组装囊泡的界面诱导作用，制备一次粒子层板变形，整体皱褶多级结构的表面 活性剂阴离子插层水滑石吸附剂是一种高效吸附材料，其扫描电镜(SEM)图和透射电镜 (TEM)图可参见图1和图2，该制备方法只使用水作为溶剂，操作简单，成本较低，且制得的 水滑石材料对水溶液中有机污染物具有优良的吸附性能。附图说明图1为多级结构水滑石吸附剂的扫描电镜(SEM)图。图2为多级结构水滑石吸附剂的透射电镜(TEM)图。具体实施例方式实施例1步骤A 在IOOmL的聚四氟乙烯内胆中，将十二烷基磺酸钠(SDS)溶解在SOmL去 离子水中，配制SDS摩尔浓度为0. 010mol/L的水溶液，水温60°C。步骤B 快速搅拌下，先将Mg(NO3)2和尿素(Urea)溶解在a溶液中，再向其中加入 Al (NO3) 3，搅拌混合液2-3分钟，使得反应混合液中Mg2+/A137SDS/Urea的初始摩尔比值为 2/1/1/10。步骤C 将b中制得反应混合液置于压力容弹中，在150°C下静态晶化24h。所得 最终产物浆液用去离子水和无水乙醇洗涤、过滤并干燥，得到白色固体粉末状产物。由元素分析可知，该产物化学组成为[Mg^fAl^JOH^u^DS—)。』· 0. 57H20， 其中，DS_为十二烷基磺酸根阴离子。由X射线衍射图(XRD)可知，静态晶化24h，水滑石c 轴晶面上的(001)系列衍射峰2 θ角呈良好的倍数关系，强度大且尖锐，为典型的十二烷基 磺酸根插层Mg/Al-LDH结构，没有出现碳酸根插层相。由(003)衍射峰计算所得水滑石的 层间距为2. 51nm, Mg/Al-LDH主体层板厚度为0. 48nm，计算得到层内空间间距大于2. Onm, 略大于十二烷基磺酸根的分子链长(1. 85nm)，因而推测十二烷基磺酸根烷基分子链以双层 交错的排布方式存在于水滑石层间。SDS浓度为0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
一种多级结构水滑石吸附剂，其特征在于，具有整体球形多级结构，一次粒子弯曲层板状，整体球形皱褶的表面活性剂阴离子插层水滑石材料，化学组成通式为[M2+1 xM3+x(OH)2]x+(An )x/n·mH2O，其中，An 为层间阴离子，n为阴离子化合价态；m为层间水分子的个数；二价金属阳离子M2+为Mg2+，三价金属阳离子M3+为Al3+，x为M3+/(M2++M3+)的摩尔比值。2.权利要求1的一种多级结构水滑石吸附剂，其特征在于，所述一次粒子弯曲层板状， 层板间距为2. 53nm。3.一种多级结构水滑石吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤如下a.阴离子表面活性剂水溶液的配制将十二...
【专利技术属性】
技术研发人员：何静，王爱，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。