CN103394327A - 一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料及其制备方法和应用。本发明的技术方案首先合成了硅烷化离子液体，然后利用其结构中三甲氧基水解后形成的硅羟基与类水滑石表面的羟基发生缩合反应，将硅烷化离子液体通过共价偶联的方式固定于类水滑石表面，制备了一种具有片层结构的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。本发明所得有机-无机复合材料兼具有功能化离子液体与类水滑石的结构和性能优势，该复合材料作为吸附剂，对水体中2,3-二氯苯酚、2,4-二氯苯酚或2,6-二氯苯酚污染物呈现出了良好的吸附去除能力，充分发挥了硅烷功能化离子液体和类水滑石两种材料的协同优势作用，吸附性能明显优于类水滑石。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料；本发明还涉及所述复合材料的制备方法及其在去除水体中污染物方面的应用。
背景技术
类水滑石（简写LDH）是一类二维纳米阴离子粘土，其组成通式可表示为[M1-x 2+Mx 3+(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，其中M2+指二价金属阳离子，M3+指三价金属阳离子，x为M2+与M3+的摩尔比，A n -为层间可稳定存在的阴离子，具有水滑石层状结构，因其片层元素组成和电荷密度可调、层间客体分子、晶体尺寸可控，以及生物毒性低等优点，已在有机催化、聚合物添加剂、生物医药、环境保护等诸多领域呈现了良好的应用前景。值得特别指出的是，因层板上部分M2+被M3+取代而产生的过剩正电荷，可以吸引层间阴离子客体来平衡，也可通过离子交换的方式插入其他阴离子型客体分子。因此，类水滑石在对阴离子物质吸附去除方面拥有先天性的优势[K H
Goh, T T Lim, Z Dong. Application of layered double hydroxides for removal of
oxyanions: A review. Water Res., 2008, 42: 1343~1368]。但是在实际使用过程中，类水滑石本身容易发生团聚，使其吸附性能下降；另外非离子型客体分子与层板界面相容性较差，也大大限制了其在污染物去除方面的实际应用。目前通常对类水滑石进行表面有机修饰来解决这一问题，如采用表面活性剂十二烷基磺酸盐对类水滑石进行表面修饰后，发现对噻吩的吸附去除性能明显高于没有修饰的类水滑石[Q
Zhao, Z Chang, X Lei, X Sun. Adsorption Behavior of Thiophene
from Aqueous Solution on Carbonate- and Dodecylsulfate-Intercalated ZnAl
Layered Double Hydroxides. Ind. Eng. Chem. Res.
2011, 50, 10253~10258.]；采用十二烷基硫酸根修饰后的类水滑石对水中阴离子染料酸性橙Ⅱ的吸附实验表明，修饰后大大提高了其对染料的吸附去除率，缩短了吸附时间[吴盼盼，方婷婷，于欢，等. 有机改性镁铝层状氢氧化物对酸性橙Ⅱ的吸附研究[J]. 环境科学学报, 2013，33(6):1576-1584.]。从现有的报道我们发现，通过对类水滑石表面进行不同的有机改性，已在吸附去除非离子型污染物方面得到了广泛应用，然而采用硅烷功能化离子液体对类水滑石进行表面修饰，并用于水体中酚类染污物的吸附去除仍未见报道。
离子液体（Ionic Liquid，IL）是指室温或低温下呈现液态的、完全由阴阳离子所构成的盐，也称为低温熔融盐，具有特殊的溶解性、几乎无蒸汽压、有较高的热稳定性和化学稳定性等特点，是目前广泛应用的一类环境友好型的“绿色”溶剂。功能化离子液体（Functionalized
Ionic Liquid，FIL）是指通过在阴离子或（和）阳离子部分引入结构功能性基团，而形成的一类具有特定物理、化学性能的离子液体。利用离子液体的“可设计性”这一特点，可得到带有各种官能团（NH2、COOH、OH、SH、脲硅烷基、金属配合物基团等）的功能化离子液体。结构功能性基团引入后的功能化离子液体，除了具有常规离子液体的特点外，功能性基团还为其提供了更多的反应活性位点，大大地拓宽了其应用领域。硅烷功能化离子液体因其自身硅醚键易水解后可与无机材料表面的羟基偶联，常用于无机纳米材料的表面修饰来提高其性能，如Sahoo等利用硅烷功能化离子液体与分子筛SBA-15反应，制得了新型负载型复合催化剂，其催化性能明显高于未负载离子液体的分子筛[S
Sahoo, P Kumar, F Lefebvre, S B Halligudi. A chiral Mn(III) salen complex
immobilized onto ionic liquid modified mesoporous silica for oxidative kinetic
resolution of secondary alcohols. Tetrahedron Lett.,2008 ,
49: 4865~4868]。中国专利CN102513063报道了通过硅烷偶联的方法将离子液体固定于活性炭表面，所得复合材料对挥发性有机污染物的吸附量和吸附效率都比未负载离子液体的分子活性炭有所提高，而且可以循环使用，说明离子液体发挥了重要作用。中国专利CN102188999和CN102179268则分别通过偶联法制备了离子液体功能化的Al-MCM-41和Ti-MCM-41介孔材料，发现它们具有有序的分布均匀的孔道结构，对环氧丙烷与二氧化碳反应具有优异的催化性能。以上研究结果表明利用偶联剂的化学键合作用，可将功能化离子液体和无机纳米材料以稳定的化学共价键结合起来，从而达到离子液体在无机纳米材料表面的均匀化固定目的，同时所得复合材料还具有功能化离子液体分布稳定、不易流失和稳定性好等优点，在有机催化、环境污染、多相分离等领域具有良好的发展前景。然而就目前来看，还未见通过偶联的方法制备硅烷化离子液体/类水滑石复合材料并用于水体中酚类染污物吸附去除方面的报道。这里我们将采用偶联法制备硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，并初步考查其对酚类污染物的吸附性能。
采用偶联法制备硅烷化离子液体/类水滑石复合材料有利于充分结合功能化离子液体的特殊性能以及层状无机材料的结构和功能，离子液体中硅烷功能基团与类水滑石表面的羟基形成共价键，从而得到新型功能材料，这对扩展基于类水滑石的功能材料的应用领域及制备新型功能材料都具有重要意义。就目前来看，制备硅烷功能化离子液体和类水滑石的复合材料及其在有机污染物方面的应用还未见文献涉及，此工作对进一步拓展类水滑石在环境领域的应用具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足以及本领域研究和应用的需求，本发明的目的之一是提供一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料及其制备方法；即采用偶联法将硅烷功能化离子液体附着在类水滑石表面，得到一种新型的无机有机复合材料。
本发明提供的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，其特征在于所述复合材料是硅烷化离子液体中的三甲氧基水解后形成的硅羟基与类水滑石表面的羟基发生缩合反应，通过共价键偶联形成的复合材料。
所述硅烷化离子液体/类水滑石复合材料中类水滑石是由带正电荷的层板和层间阴离子有序组装形成的双金属氢氧化物，金属阳离子与氢氧根通过共价键构成以金属阳离子为中心的正八面体，相邻八面体通过共用棱边形成相互平行的主体板层，结构类似于水镁石，其组成通式可表示为：
[M1-x 2+Mx 3+(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，
其中M2+指二价金属阳离子，M3+指三价金属阳离子，A n -为层间可稳定存在的-n价阴离子，n为阴离子价数，x为每摩尔类水滑石中M3+的摩尔数(0.20≤x≤0.33)，m为每摩尔类水滑石层间结晶水的摩尔数；
所述硅烷化离子液体/类水滑石复合材料中硅烷功能化离子液体为1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐，其分子结构式如下：
。
本发明目的之二是提供一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(a) 硅烷功能化离子液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐的制备
取一定量的N-甲基咪唑于圆底烧瓶中，将等摩尔的3-氯丙基三乙氧基硅烷不断搅拌下缓慢滴加到与N-甲基咪唑等体积的无水乙醇中，反应液在80℃下回流搅拌96小时，反应过程中通氮气所保护。反应结束后旋转蒸发除去溶剂和未反应的挥发性物质，用少量氯仿溶解后进行硅胶柱层析，收集组分除去溶剂，40℃真空干燥24小时至恒重,得淡黄色透明液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐；
(b) 类水滑石的制备
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比配成混合盐溶液，总金属离子浓度为0.6 mol/L，将上述混合溶液和一定浓度的碱性溶液同时滴定，控制pH在9.0~10.0之间，剧烈搅拌，30~80℃下老化6~24小时，所得浆液抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤3~5次，滤饼60℃下干燥24小时，制得类水滑石；
(c) 硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备
将硅烷功能化离子液体和类水滑石按不同的质量比称取后加入圆底烧瓶中，加入一定体积的氯仿作为溶剂，超声10
min后，70 ℃下搅拌回流48小时，反应完毕后过滤，用氯仿洗涤产物3~5次，所得产物在80 ℃下真空干燥24小时，得本发明所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。
上述硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的合成式如下：
其中步骤(b)中所述二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3的摩尔比为2：1；所述碱性溶液为氢氧化钠或氨水溶液；步骤(c)中硅烷功能化离子液体和类水滑石的质量比分别为1：3、1：2、1：1、2：1和3：1；所述超声条件的功率为300 W，频率为40 KHz。
一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，该复合材料是由上述任意一项方法制备的。
所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料具有较好的分散性，其平均粒径大约在140~180
nm之间，粒径的多分散指数在0.166~0.301之间。
本发明目的之三是提供一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料在去除水体中污染物的应用。
具体地，所述复合材料在去除水体中酚类污染物方面的应用。
更具体地，所述酚类物质为2,3-二氯苯酚、2,4-二氯苯酚或2,6-二氯苯酚。
所述应用是将本发明制备的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，加入到含污染物的水体中，室温搅拌反应3-8小时。
本发明数据测定所采用的仪器为：
日本理学D/max-rA型X射线衍射仪和Vertex70型傅里叶红外光谱仪（德国Bruker公司）对样品进行定性分析；
采用JEM-2000EX型透射电子显微镜（TEM）对样品的形貌起进行表征；
采用Zetasizer Nano-ZS90型纳米力度分析仪对样品的粒径及分散性进行分析。
本发明与现有技术相比，主要优点在于：采用偶联共价法将硅烷功能化离子液体负载于类水滑石表面，硅烷功能化离子液体和类水滑石通过化学共价键结合形成了硅烷化离子液体/类水滑石复合材料；本发明所得复合材料兼具有功能化离子液体和类水滑石的结构和性能优势，对水体中酚类污染物的吸附去除可发挥两种功能材料的协同优势作用；具体地，对水体中酚类污染物的吸附效果及其去除率产生了1+1＞2的意料不到的技术效果，本发明产品对水体中酚类污染物的吸附去除率无论是与类水滑石还是功能化离子液体对水体中酚类污染物的吸附去除率相比，都具有显著性的差异。
附图说明
图1为类水滑石(a)、实施例1~5所得硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(b~f)和硅烷功能化离子液体(g)的红外(IR)光谱图。
图2为类水滑石(a)、实施例1~5所得硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(b~f)的XRD衍射图。
图3为类水滑石(a)和实施例1~5所得硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(a~e)的透射电镜图片。
具体实施方式
为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但并不以任何方式限制本发明。
实施例 1：
(a) 硅烷功能化离子液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐的制备
移取20 mL N-甲基咪唑(10.3
g, 0.25 mol)于圆底烧瓶中，将等摩尔的3-氯丙基三乙氧基硅烷59.6
mL (60.20 g, 0.25 mol)不断搅拌下缓慢滴加到与N-甲基咪唑等体积的无水乙醇(20 mL)中，反应液在80℃下回流搅拌96小时，反应过程中通氮气所保护。反应结束后旋转蒸发除去溶剂和未反应的挥发性物质，用少量氯仿溶解后进行硅胶柱层析，收集组分除去溶剂，40℃真空干燥24小时至恒重,得淡黄色透明液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐；
(b) 类水滑石的制备
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按摩尔比2：1配成混合盐溶液，总金属离子浓度为0.6 mol/L，将上述混合溶液和摩尔浓度为2
mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定，控制pH在9.0~10.0之间，剧烈搅拌，60℃下老化12小时。所得浆液抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤4次， 60℃下干燥24小时，类水滑石；
(c) 硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备
称取0.8 g硅烷功能化离子液体和2.4 g类水滑石（质量比为1：3）加入圆底烧瓶中，加入30 mL氯仿作为溶剂，超声(条件：功率300 W，频率40 KHz) 10 min后，70 ℃下回流搅拌48小时，反应完毕后过滤，用氯仿洗涤产物4次，所得产物在80 ℃下真空干燥24小时，得本发明所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。
实施例 2：
(a) 硅烷功能化离子液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐的制备
采用实施例1中步骤(a)的方法和条件合成；
(b) 类水滑石的制备
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按摩尔比2：1配成混合盐溶液，总金属离子浓度为0.6 mol/L，将上述混合溶液和摩尔浓度为2
mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定，控制pH在9.0~10.0之间，剧烈搅拌，80℃下老化8小时。所得浆液抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤4次，60℃下干燥24小时，类水滑石；
(c) 硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备
称取0.8 g硅烷功能化离子液体和1.6 g类水滑石（质量比为1：2）加入圆底烧瓶中，加入30 mL氯仿作为溶剂，超声(条件：功率300 W，频率40 KHz) 10 min后，70 ℃下回流搅拌48小时，反应完毕后过滤，用氯仿洗涤产物5次，所得产物在80 ℃下真空干燥24小时，得本发明所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。
实施例 3：
(a) 硅烷功能化离子液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐的制备
采用实施例1中步骤(a)的方法和条件合成；
(b) 类水滑石的制备
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按摩尔比2：1配成混合盐溶液，总金属离子浓度为0.6 mol/L，将上述混合溶液和摩尔浓度为2
mol/L的氢氧化钠溶液同时滴定，控制pH在9.0~10.0之间，剧烈搅拌，50℃下老化18小时。所得浆液抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤5次，60℃下干燥24小时，类水滑石；
(c) 硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备
称取0.8 g硅烷功能化离子液体和0.8 g类水滑石（质量比为1：1）加入圆底烧瓶中，加入30 mL氯仿作为溶剂，超声(条件：功率300 W，频率40 KHz) 10 min后，70 ℃下回流搅拌48小时，反应完毕后过滤，用氯仿洗涤产物5次，所得产物在80 ℃下真空干燥24小时，得本发明所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。
实施例 4：
(a) 硅烷功能化离子液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐的制备
采用实施例1中步骤(a)的方法和条件合成；
(b) 类水滑石的制备
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按摩尔比2：1配成混合盐溶液，总金属离子浓度为0.6 mol/L，将上述混合溶液和摩尔浓度为摩尔浓度为4
mol/L的氨水溶液同时滴定，控制pH在9.0~10.0之间，剧烈搅拌，70℃下老化10小时。所得浆液抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤5次，60℃下干燥24小时，类水滑石；
(c) 硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备
称取1.6 g硅烷功能化离子液体和0.8 g类水滑石（质量比为2：1）加入圆底烧瓶中，加入30 mL氯仿作为溶剂，超声(条件：功率300 W，频率40 KHz) 10 min后，70 ℃下回流搅拌48小时，反应完毕后过滤，用氯仿洗涤产物5次，所得产物在80 ℃下真空干燥24小时，得本发明所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。
实施例 5：
(a) 硅烷功能化离子液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐的制备
采用实施例1中步骤(a)的方法和条件合成；
(b) 类水滑石的制备
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按摩尔比2：1配成混合盐溶液，总金属离子浓度为0.6 mol/L，将上述混合溶液和摩尔浓度为摩尔浓度为4
mol/L的氨水溶液同时滴定，控制pH在9.0~10.0之间，剧烈搅拌，40℃下老化24小时。所得浆液抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤4次，60℃下干燥24小时，类水滑石；
(c) 硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备
称取2.4 g硅烷功能化离子液体和0.8 g类水滑石（质量比为3：1）加入圆底烧瓶中，加入30 mL氯仿作为溶剂，超声(条件：功率300 W，频率40 KHz) 10 min后，70 ℃下回流搅拌48小时，反应完毕后过滤，用氯仿洗涤产物5次，所得产物在80 ℃下真空干燥24小时，得本发明所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。
图1是类水滑石(a)、实施例1~5所得硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(b~f)和硅烷功能化离子液体(g)的红外(IR)光谱图。图中曲线a~f中都在3400~3500 cm-1之间有较宽的吸收峰，峰形相似，归属于为水滑石层层间结晶水的缩振动峰和表面羟基的伸缩振动峰，但相比于纯类水滑石，复合材料(b~f)相应的吸收峰峰形明显变窄，可以推断复合材料中水滑石表层的羟基和功能化离子液体发生了相互作用；类水滑石材料(a~f)在450 cm-1左右出现了类水滑石M–O和O–M–O键的特征吸收峰，1384 cm-1处出现的碳酸根离子的伸缩振动峰，是由于制备过程中二氧化碳没有除尽的缘故；除了类水滑石的特征吸收带外，硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(b~f)相较于类水滑石来说，还在1631 cm-1处出现了咪唑环的吸收峰，在2800~2900 cm-1之间出现了明显CH2和CH伸缩振动峰，尤其是离子液体在1080 cm-1左右处出现Si-O-Si的振动吸收峰，经与类水滑石经偶联后，复合材料(b~f)在1128
cm-1处出现了明显的M-O-Si键，由此可可推断出本发明中硅烷功能化离子液体通过形成M-O-Si共价键的方式偶联于类水滑石材料上，形成了复合材料。
图2是类水滑石(a)、实施例1~5所得硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(b~f)的XRD衍射图。所有样品中均在低2θ处出现了类水滑石003、006和009晶面三个特征衍射峰。但随着离子液体量的增加，复合材料的XRD各个衍射峰强度逐渐减弱，说明离子液体的存在明显地降低了纳米材料的结晶度，此外复合材料的d003衍射半峰宽随离子液体加入量的增加呈减小的趋势也很好地证明了上述结果。所有复合材料(b~f)的d003均稳定在0.74~0.79
nm之间，这表明由于制备过程中CO2没有排尽，层间阴离子为碳酸根，而非硝酸根，这与红外结果相一致；同时也说明离子液体的阳离子部分并没有进入类水滑石层间；此外复合材料(b~f)中的110衍射峰的消失，可能是硅烷功能化离子液体与类水滑石表面羟基发生了偶联反应，导致堆积结构晶面有一定的缺陷，晶粒c方向上的尺寸基本上随离子液体量的增加呈增加增加趋势，说明类水滑石表面结合的硅烷功能化离子液体量也在增加，从而降低了纳米复合颗粒的有序性。结果见表1，其中类水滑石为样品a，实施例1~5所得硅烷化离子液体/类水滑石复合材料分别为样品b~f。
表1：类水滑石和硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的XRD结构参数
| 样品a | 样品b | 样品c | 样品d | 样品e | 样品f | |
| d003/Å | 7.73 | 7.79 | 7.73 | 7.82 | 7.74 | 7.76 |
| 2θ003 | 11.44 | 11.40 | 11.30 | 11.44 | 11.34 | 11.30 |
| 003晶面衍射峰半峰宽(°) | 0.503 | 0.503 | 0.500 | 0.489 | 0.488 | 0.450 |
| c方向晶粒尺寸/nm | 15.7 | 15.7 | 15.7 | 16.1 | 16.1 | 17.5 |
图3为类水滑石(a)和实施例1~5所得硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(b~f)的透射电镜图片，明显可以看出，负载有离子液体的类水滑石复合材料(b~f)虽然保持了类水滑石的片层结构，但类水滑石原有的规则六边形结构基本消失了，证明硅烷功能化离子液体与类水滑石的发生了较强的相互作用，复合材料(b~f)表面呈现出了明显的类似沟壑状的形貌；而且硅烷功能化离子液体量的增加，类水滑石表面的沟壑状的形貌覆盖更加密集，证明有更多的硅烷功能化离子液体偶联在了类水滑石表面，也有可能是硅烷功能化离子液体中Si-O键发生断裂后，除了与类水滑石表面的羟基形成Si-O-M键，多余的Si-O键发生了交联形成了这种形貌，因此纳米复合材料的片层厚度有所增加，这与XRD结果相一致。硅烷化离子液体/类水滑石复合材料(b~f)的平均粒径基本在140~180 nm之间，纳米颗粒分散性呈升高趋势，动态光散射测试所得颗粒的平均粒径分别为172、170、154、153和142 nm，均小于类水滑石的平均粒径（235 nm）,多分散指数分别为0.301、0.261、0.241、178和0.166，均小于类水滑石的多分散指数（0.350），说明硅烷功能化离子液体的存在可以提高纳米复合材料的分散性。
实施例
6
应用效果试验例
试验对象：实施例1-5制得的产品，类水滑石；
试验目的：考察本发明实施例1-5制得的产品和类水滑石对水体中酚类污染物的吸附去除效果。
试验分组：
试验1组：实施例1制得的产品b；
试验2组：实施例2制得的产品c；
试验3组：实施例3制得的产品d；
试验4组：实施例4制得的产品e；
试验5组：实施例5制得的产品f；
对比试验组：类水滑石a。
试验方法：
将本发明试验对象各500 mg分别加入到100
mL、浓度为20 mmol/L的分别含有2,3-二氯苯酚、2,4-二氯苯酚或2,6-二氯苯酚污染物的水体中，搅拌反应5小时。每组试验重复六次，测量其处理后浓度，并测定其去除率，取平均值，其中去除率的计算公式如下：
试验结果：
表2：本发明产品和类水滑石对水体中酚类污染物的吸附去除试验结果
备注：*与对比试验组类水滑石a相比较，P<0.05，
&与试验1组和2组对应产品b和c相比较，P<0.05。
小结：通过表2的试验结果可以看出：
一方面，在投加相同用量的情况下，本发明各实验组（试验1、2、3、4、5组）与类水滑石对比试验组对水体中酚类污染物的吸附去除效果及去除率相比具有显著性差异，可见本发明产品硅烷化离子液体/类水滑石复合材料对水体中酚类污染物的吸附去除效果明显优于类水滑石，与类水滑石对比试验组相比取得了意料不到的技术效果。
另一方面，本发明产品的试验各组中，以试验4组处理效果最为突出，其与试验1组和试验2组对水体中酚类污染物的吸附去除效果及去除率相比，具有显著性差异。
Claims (10)
1.一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，其特征在于所述复合材料是硅烷化离子液体中的三甲氧基水解后形成的硅羟基与类水滑石表面的羟基发生缩合反应，通过共价键偶联形成的复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，其特征在于所述硅烷化离子液体/类水滑石复合材料中类水滑石是由带正电荷的层板和层间阴离子有序组装形成的双金属氢氧化物，金属阳离子与氢氧根通过共价键构成以金属阳离子为中心的正八面体，相邻八面体通过共用棱边形成相互平行的主体板层，结构类似于水镁石，其组成通式可表示为：
[M1-x 2+Mx 3+(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，
其中M2+指二价金属阳离子，M3+指三价金属阳离子，A n -为层间可稳定存在的-n价阴离子，n为阴离子价数，x为每摩尔类水滑石中M3+的摩尔数(0.20≤x≤0.33)，m为每摩尔类水滑石层间结晶水的摩尔数；
所述硅烷化离子液体/类水滑石复合材料中硅烷功能化离子液体为1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐，其分子结构式如下：
3.根据权利要求2所述的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，其特征在于M3+为Al3+，M2+为Zn2+，A n -为NO3 -。
4.一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：
(a) 硅烷功能化离子液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐的制备
取一定量的N-甲基咪唑于圆底烧瓶中，将等摩尔的3-氯丙基三乙氧基硅烷不断搅拌下缓慢滴加到与N-甲基咪唑等体积的无水乙醇中，反应液在80℃下回流搅拌96小时，反应过程中通氮气所保护，反应结束后旋转蒸发除去溶剂和未反应的挥发性物质，用少量氯仿溶解后进行硅胶柱层析，收集组分后除去溶剂，40℃真空干燥24小时至恒重,得淡黄色透明液体1-甲基-3-(三乙氧硅丙基)咪唑盐酸盐；
(b) 类水滑石的制备
将二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3按一定摩尔比配成混合盐溶液，总金属离子浓度为0.6 mol/L，将上述混合溶液和一定浓度的碱性溶液同时滴定，控制pH在9.0~10.0之间，剧烈搅拌，30~80℃下老化6~24小时；所得浆液抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤3~5次， 60℃下干燥24小时，制得类水滑石；
(c) 硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备
将硅烷功能化离子液体和类水滑石按不同的质量比称取后加入圆底烧瓶中，加入一定体积的氯仿作为溶剂，超声10
min后，70 ℃下搅拌回流48小时，反应完毕后过滤，用氯仿洗涤产物3~5次，所得产物在80 ℃下真空干燥24小时，得本发明所述的硅烷化离子液体/类水滑石复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的制备方法，其特征在于步骤(b)中所述二价金属盐Zn(NO3)2和三价金属盐Al(NO3)3的摩尔比为2：1；所述碱性溶液为氢氧化钠或氨水溶液；步骤(c)中硅烷功能化离子液体和类水滑石的质量比分别为1：3、1：2、1：1、2：1和3：1；所述超声条件的功率为300 W，频率为40 KHz。
6.一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，其特征在于，该复合材料是由权利要求4和5任意一项方法制备的。
7.根据权利要求6所述的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料，其特征在于其平均粒径为140~180 nm，粒径的多分散指数为0.166~0.301。
8.根据权利要求6所述的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料在去除水体中污染物的应用。
9.根据权利要求8所述的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的应用，其特征在于所述水体中污染物为酚类物质。
10.根据权利要求9所述的一种硅烷化离子液体/类水滑石复合材料的应用，其特征在于所述酚类物质为2,3-二氯苯酚、2,4-二氯苯酚或2,6-二氯苯酚中的一种。
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