CN105217718A - 一种提高介孔分子筛吸附疏水性有机物效能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机物污染治理技术领域，具体涉及一种提高介孔分子筛吸附疏水性有机物效能的方法。该方法包括如下步骤：将保留模板剂的硅基介孔分子筛投入到含疏水性有机物的污水中，调节pH为中性，常温震荡2～4h，最终将分子筛分离后实现有机物的去除。本发明解决了硅基介孔分子筛对疏水性有机物吸附效能低的问题，同时实现了对疏水性有机物的选择性分离。
Description
技术领域
本发明属于有机物污染治理技术领域，具体涉及一种提高介孔分子筛吸附疏水性有机物效能的方法。
背景技术
疏水性有机物(HydrophobicOrganicCompounds，HOCs)是一类重要的环境污染物，如部分药品与个人护理品、多环芳烃和环境激素(双酚A)等。HOCs在生物体内的利用率较低，不易通过自然界的生物环境进行降解。HOCs具有一定的毒性，有的还具有致畸和致癌作用，可在生物体内富集并通过食物链使毒性放大，最终对动物和人体健康造成危害。由于HOCs具有较高的脂溶性，一旦进入水体，容易在悬浮物和底泥中累积，并在生物体内富集，从而对生态环境造成严重的危害。因此，HOCs的去除研究具有重要的环境意义。
吸附技术因其简单低耗、无化学药品投加成为研究者公认的HOCs去除技术，研究人员开发出了多种吸附材料。其中，硅基介孔分子筛因其具有可控的结构形貌、和良好的结构基础备受青睐。然而，硅基介孔分子筛属于无机材料，对HOCs吸附效能不佳。因此，研究适当的方法提高硅基介孔分子筛对HOCs的吸附性能对拓展硅基介孔分子筛在HOCs污染控制领域的应用具有较强的现实意义。
发明内容
为解决硅基介孔分子筛对疏水性有机物吸附效能低的问题，同时实现了对疏水性有机物的选择性分离，本发明提供了一种提高硅基介孔分子筛吸附疏水性有机物效能的方法。
具体的，该方法包括如下步骤：将保留模板剂的硅基介孔分子筛投入到含疏水性有机物的水中，投加量为0.5～1.5g/L，调节pH为中性，常温震荡2～4h，最终将分子筛分离后实现有机物的去除。
优选的，所述的保留模板剂的硅基介孔分子筛采用如下方法制备得到：向水中加入季铵盐表面活性剂2～8g/L，充分溶解后依次加入乙醇和氨水，用量分别为200～300mL/L和50～100mL/L，混匀，搅拌下加入正硅酸乙酯进行脱水缩合反应，用量为10～30mL/L，陈化，分离，洗涤得到到白色沉淀物，烘干，研磨即可。
具体的，所述的季铵盐表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。
具体的，所述的脱水缩合反应时间为15～30min。
具体的，所述的陈化时间为10～30h。
具体的，所述的疏水性有机物为苯、多环芳烃或疏水性农药。
本发明方法原理如下：通过保留硅基介孔分子筛合成过程中所使用的模板剂季铵盐阳离子表面活性剂，利用保留模板剂的烷基链在介孔孔道内形成有机相，进而通过有机相的分配作用提高硅基介孔分子筛对疏水性有机物的吸附效能；选取不同烷基链长度的模板剂可以调控有机相的分配作用，从而选择性调控硅基介孔分子筛对疏水性有机物的吸附效能。
本发明不涉及化学药品消耗、能源消耗，是一种环境友好型材料性能调控方法，较采用化学改性等方法提高硅基介孔分子筛对疏水性有机物吸附性能具有明显优势。
附图说明
图1是保留模板剂硅基介孔分子筛的结构表征：A和B分别为不含模板剂和含有模板的硅基介孔分子筛剂的扫描电镜图；图C为材料的X射线衍射图，含有模板和不含模板剂的硅基介孔分子筛剂分别记为C16-MCM-41和MCM-41；图D为材料的红外光谱图，含有模板和不含模板剂的硅基介孔分子筛剂分别记为C16-MCM-41和MCM-41。
图2保留模板剂硅基介孔分子筛内部结构示意图。
图3采用本方法对硅基介孔分子筛吸附典型疏水性有机物性能提高效果图，即含模板剂硅基介孔分子筛C16-MCM-41(●)和不含模板剂硅基介孔分子筛MCM-41(○)对疏水性有机物恩诺沙星的吸附效能对比。
具体实施方式
实施例1分子筛的制备
本实施方式中模板剂以十六烷基三甲基溴化铵为例，但模板剂不受限于此例。向700mL水中加入6g的季铵盐表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，充分搅拌溶解后，依次加入250mL乙醇和80mL氨水，充分混匀后，搅拌下加入20mL的正硅酸乙酯进行脱水缩合反应20min，陈化24h后对分离、洗涤所得白色沉积物，烘干后研磨制得保留模板剂的硅基介孔分子筛，并取部分样品在540℃下煅烧6h，制得不含模板剂的硅基介孔分子筛。材料表征见图1。如图1A和1B所示，所合成的材料呈现出300nm直径的球形颗粒；如图1C示，所合成的材料呈现出四个小角度X射线衍射峰，说明材料具有良好的介孔结构特征；如图1D示，所合成材料的红外光谱现实未经煅烧的分子筛呈现出烷基吸收峰(2920cm-1，2851cm-1和1474cm-1)，说明模板剂成功保留在分子筛内部。所合成的分子筛内部结构示意图见图2，内部孔道的硅基骨架呈六棱柱形。
实施例2吸附实验
本实施方式中含模板剂硅基介孔分分子筛以采用十六烷基三甲基溴化铵制备的分子筛为例，疏水性有机物以药品恩诺沙星为例，但模板剂和疏水性有机物种类不受限于此例。通过吸附实验验证保留模板剂对硅基介孔分分子筛吸附疏水性有机物性能的提高效果。分别称取上述两种分子筛0.02g置于50mL玻璃离心管中，依次加入30mL蒸馏水和一定体积的疏水性有机物代表恩诺沙星(氟喹诺酮类抗生素)，最终调节体系体积为32mL并调节pH为中性后，常温震荡2小时达到吸附平衡。取样测定恩诺沙星残留量，评价材料的吸附性能，从而验证采用保留模板剂方式提高硅基介孔分子筛吸附疏水性有机物的效果，效果对比见附图3。结果表明：随初始有机物浓度的增加，平衡吸附量Qe不断增加，当初始浓度增加到一定值时，平衡吸附量稳定在一个固定的值，即饱和吸附量。对比含有模板剂和不含有模板剂的硅基介孔分子筛，保留模板剂的分子筛具有更高的饱和吸附量，说明保留模板剂能够显著提高硅基介孔分子筛对疏水性有机物的吸附效能。
Claims (6)
1.一种提高介孔分子筛吸附疏水性有机物效能的方法，其特征在于：包括如下步骤：将保留模板剂的硅基介孔分子筛投入到含疏水性有机物的水中，投加量为0.5～1.5g/L，调节pH为中性，常温震荡2～4h，最终将分子筛分离后实现有机物的去除。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的保留模板剂的硅基介孔分子筛采用如下方法制备得到：向水中加入季铵盐表面活性剂2～8g/L，充分溶解后依次加入乙醇和氨水，用量分别为200～300mL/L和50～100mL/L，混匀，搅拌下加入正硅酸乙酯进行脱水缩合反应，用量为10～30mL/L，陈化，分离，洗涤得到到白色沉淀物，烘干，研磨即可。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的季铵盐表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述的脱水缩合反应时间为15～30min。
5.如权利要求2～4任一项所述的方法，其特征在于：所述的陈化时间为10～30h。
6.如权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于：所述的疏水性有机物为疏水性药物、苯类、多环芳烃类或疏水性农药。
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| US6117810A (en) * | 1996-06-11 | 2000-09-12 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Manufacturing method of complex molecular sieve compound |
| CN103432985A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-12-11 | 南京工业大学 | 一种胺基改性二氧化硅气凝胶及其在重金属离子吸附剂中的应用 |
| CN104959123A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-10-07 | 江苏大学 | 一种新型多级孔复合材料的制备及应用 |
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