CN110215894A - 一种氨基聚合物修饰层状双氢氧化物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨基聚合物修饰层状双氢氧化物及其制备方法和应用,属于吸附材料制备工艺领域。本发明提供的氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂,以硅烷化试剂为偶联剂,以十二烷基硫酸钠插层的层状双氢氧化物为载体,合成硅烷化的层状双氢氧化物,再将氨基聚合物接枝到硅烷化的层状双氢氧化物上,得到氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂。本发明通过在层状双氢氧化物上接枝氨基聚合物,增加其对有机污染物和重金属离子的亲和性,吸附容量分别达到424.60和118.10 mg/g。
Description
技术领域
本发明属于吸附材料制备工艺领域,具体涉及一种氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
由于人类社会的飞速发展,各种类型的污染物被直接排放到水体中,对环境造成了严峻的影响。吸附法作为一种污水处理方法,由于其具有成本低、效率高、操作简单、耗时短等优点,已经得到了大规模的运用。在实际生活中,多种不同的污染物常常会同时出现在水体中,如阴离子染料和阳离子有毒重金属。然而具有单官能团的吸附剂只能吸附相对应类型的污染物,但在处理多组分废水时通常效果不佳。因此,开发具有较高吸附容量的一些新型吸附材料以去除水溶液中的多种污染物仍然是必不可少的。
层状双金属氢氧化物具有分层多孔结构,高比表面积和层间阴离子交换能力等特点,已被报道作为潜在的吸附剂进行污水处理[Journal of Molecular Liquids, 2018,249: 254–264] [Journal of Environmental Chemical Engineering, 2018, 6: 1226–1232]。但天然或人工合成的无机LDHs大部分具有亲水性表面结构,易与水分子等极性分子结合,而对一些疏水性的有机分子去除效果较差。
氨基聚合物是一种水溶性高分子聚合物,具有大量氨基,并且胺基的质子化导致其带正电荷,可通过静电相互作用和氢键相互作用促进其与带有负电荷的有机物结合。同时,氨基可以通过络合作用使其与金属离子之间相结合。为了提高层状双氢氧化物吸附剂对有机阴离子染料和重金属的吸附能力,我们将氨基聚合物接枝在层状双氢氧化物上,这些官能团为阴离子染料和重金属离子的吸附提供了丰富的位点,可以有效地提高层状双氢氧化物的吸附能力。目前,尚无将聚乙烯亚胺负载于层状双金属氢氧化物上应用于水样中甲基橙的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂,通过在层状双氢氧化物上接枝氨基聚合物,增加其对有机污染物和重金属离子的亲和性,可以在较宽的pH范围内使用(pH4.0-8.0),其对于环境中染料吸附富集能力良好。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂的制备方法:以硅烷化试剂为偶联剂,以十二烷基硫酸钠插层的层状双氢氧化物为载体,合成硅烷化的层状双氢氧化物,再将氨基聚合物接枝到硅烷化的层状双氢氧化物上,得到氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂。具体步骤如下:
(1) 合成十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物:取适量硝酸锌、硝酸铝的水合物粉末和十二烷基硫酸钠按照2:1:2的摩尔比配制混合溶液;剧烈搅拌,反应溶液的pH值由4 M NaOH来调节,稳定在10±0.2,滴加完毕后,沉淀物在60-80 ℃下继续陈化3-5 h;经过滤、清洗和干燥,获得十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物。
(2) 将0.5-1.5 g十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物加入到125 ml甲苯中,放置在超声机中超声2-6 h,形成胶装悬浮液后,加入15-45 g 硅烷化偶联剂,在氮气气氛中25-35 ℃下反应18-24 h;经过滤、清洗和干燥,得到硅烷化层状双氢氧化物。
(3) 取150 ml水和甲醇的比例为1:1的混合溶液为溶剂,向其中加入1-4 g硅烷化层状双氢氧化物和2-8 g氨基聚合物,在氮气气氛中60-80 ℃下反应18-24 h;经过滤、清洗和干燥,得到氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂。
如上所述的氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂的应用:用于水样中对染料(如甲基橙、橙黄Ⅱ、刚果红)和重金属离子(如铜离子、铅离子、铬离子)的吸附。
本发明的显著优点在于:
(1) 本发明合成的氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂,是以十二烷基硫酸钠插层的层状双氢氧化物为基体,引入氨基聚合物,结合了氨基聚合物和层状双氢氧化物的吸附性能,从而提高了氨基聚合物修饰层状双氢氧化物对阴离子染料和重金属离子的吸附性能。
(2) 本发明合成的氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂,可吸附染料和重金属离子,具有吸附容量大、重复利用性较好等优点。
附图说明
图1为十二烷基硫酸钠插层的层状双氢氧化物和氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂的电镜图。
图2为氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂吸附甲基橙和铜离子的吸附率随溶液初始pH的变化图。
图3为氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂吸附甲基橙和铜离子的吸附率随吸附剂用量的变化图。
图4为甲基橙和铜离子的初始浓度对吸附效果图。
图5为氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂吸附甲基橙和铜离子的重复利用性。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明,以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂的制备
(1) 合成十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物:取适量硝酸锌、硝酸铝的水合物粉末和十二烷基硫酸钠按照2:1:2的摩尔比配制混合溶液;剧烈搅拌,反应溶液的pH值由4 M NaOH来调节,稳定在10±0.2,滴加完毕后,沉淀物在60-80 ℃下继续陈化3-5 h;经过滤、清洗和干燥,获得十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物。
(2) 将0.5-1.5 g十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物加入到125 ml甲苯中,放置在超声机中超声2-6 h,形成胶装悬浮液后,加入15-45 g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷,在氮气气氛中25-35 ℃下反应18-24 h;经过滤、清洗和干燥,得到硅烷化层状双氢氧化物。
(3) 取150 ml水和甲醇的比例为1:1的混合溶液为溶剂,向其中加入1-4 g硅烷化层状双氢氧化物和2-8 g聚乙烯亚胺,在氮气气氛中60-80 ℃下反应18-24 h;经过滤、清洗和干燥,得到氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂。
图1是十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物 (a)和氨基聚合物修饰层状双氢氧化物 (b)的扫描电镜图。
实施例2
pH对氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂吸附性能的影响
通过对不同pH值溶液的静态试验,采用紫外分光光度法和原子吸收分光光度法测得其吸收率。图2为氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附甲基橙和铜离子的吸附率随初始pH值的变化情况,(a) 溶液pH值对甲基橙吸附效率的影响,(b) 溶液pH值对铜离子去除率的影响。其初始甲基橙和铜离子浓度:50 mg/L;吸附剂用量:5 mg;吸附时间:5 h;温度:室温;式样体积:10 ml。
实施例3
氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂吸附甲基橙和铜离子的吸附率随吸附剂用量的变化
吸附剂的用量对目标物的吸附率有较大的影响。本实验分别考察了吸附剂在0.1 g/L-0.6 g/L的情况下对甲基橙和铜离子的吸附性能的影响。实验结果如图3所示,(a) 吸附剂投加量对甲基橙脱色率的影响,(b) 吸附剂投加量对铜离子去除率的影响,吸附率均随着吸附剂用量的增加而升高。初始阶段吸附剂对刚果红的吸附很快,随着吸附剂用量的增加,当吸附材料的加入量超过0.5 g/L后,对溶液中的甲基橙和铜离子的吸附率分别在90 %和70 %左右,继续增加吸附剂用量,吸附效果不明显,此时吸附达到吸附平衡。故而本实验对于刚果红的后续实验吸附剂用量采用5 mg。
实施例4
甲基橙和铜离子的初始浓度对氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂的吸附性能的影响
甲基橙和铜离子的初始浓度对氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附性的影响实验结果如图4所示,(a) 溶液中的甲基橙染料浓度对PEI-LDH与SDS-LDH吸附容量的影响 (b) 铜离子溶液浓度对PEI-LDH与SDS-LDH吸附容量的影响。由图可知,当甲基橙和铜离子溶液在较低浓度时,其吸附容量随之增加而增加,当初始浓度较高时,则出现平台,说明吸附剂对它们的吸附达到了饱和状态。实验结果显示氨基聚合物修饰层状双氢氧化物和十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物对甲基橙和铜离子的饱和吸附容量分别为424.60 mg/g、318.86 mg/g和35.60 mg/g、118.10 mg/g。
实施例5
氨基聚合物修饰层状双氢氧化物吸附剂吸附甲基橙和铜离子的重复利用性。
本实验将氨基聚合物修饰层状双氢氧化物在10 mL 100 mg/L甲基橙溶液和铜离子溶液在最佳吸附条件下吸附,达到吸附平衡后,将吸附完回收的吸附剂,分别使用乙醇和0.01 mol/L盐酸作为洗脱剂对其进行循环利用。实验结果如图5所示,氨基聚合物修饰层状双氢氧化物的对甲基橙吸附效率仍达到84 %以上,对铜离子的去除率仅下降4 %,这说明氨基聚合物修饰层状双氢氧化物具有较好的重复利用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种氨基聚合物修饰层状双氢氧化物的制备方法,其特征在于:以硅烷化试剂为偶联剂,以十二烷基硫酸钠插层的层状双氢氧化物为载体,合成硅烷化的层状双氢氧化物,再将氨基聚合物接枝到硅烷化的层状双氢氧化物上,得到氨基聚合物修饰层状双氢氧化物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:硅烷化试剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:十二烷基硫酸钠插层的层状双氢氧化物与硅烷化试剂的质量比为1:10-1:40。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:氨基聚合物为聚乙烯亚胺或聚乙烯胺。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:硅烷化的层状双氢氧化物与氨基聚合物的质量比为1:0.5-1:3。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:十二烷基硫酸钠插层的层状双氢氧化物为十二烷基硫酸钠插层的锌铝层状双氢氧化物。
7.一种如权利要求1所述的方法制得的氨基聚合物修饰层状双氢氧化物。
8.一种如权利要求1所述的方法制得的氨基聚合物修饰层状双氢氧化物在吸附剂上的应用,其特征在于:对水溶液中的有机染料和重金属离子进行吸附。
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