CN113318706A - 一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备重金属螯合剂技术领域,具体为一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,包括步骤1:将模板剂溶解在酸溶液中搅拌充分,待溶液澄清后加入硅源继续搅拌;步骤2:将步骤1制得的溶液经抽滤、醇洗后进行烘干;步骤3:将步骤2烘干后的产物分散在甲苯溶液中,油浴后加入氨基偶联剂,并搅拌得到嫁接氨基基团的样品;步骤4:将嫁接氨基基团的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤烘干;步骤5:将步骤4烘干后的产物分散于氢氧化钠水溶液中,加入二硫化碳在室温下反应,经抽滤、干燥后得到空心结构的重金属螯合剂。该方法以纳米二氧化硅空心材料为基础制备重金属螯合剂,具有高比面积、热绝缘性、酸碱稳定性,提高吸附效率。

Description

一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法
技术领域
本发明涉及制备重金属螯合剂技术领域,具体为一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法。
背景技术
现代工业的飞速发展带动了经济发展,但同时也引起了严重的环境问题;重金属废水的大量排放和新型洗涤剂的使用使水质越来越复杂。采用传统的化学处理法,出水中的重金属含量仍然偏高,甚至不能达到国家排放标准,导致进入环境水体的重金属总量越来越大,给人们生存的水环境带来了极大的危害。
目前,二硫代氨基甲酸盐是一类捕集能力强、无毒无害的重金属沉淀剂,具有使用方便、工艺简单、专属性强、用量少、沉淀物可回收等众多优点;介孔二氧化硅具有高的比表面积,大的孔径和热稳定性等特点,在吸附分离等方面存在广泛的应用前景。但是现有的重金属螯合剂用料和组分大同小异,吸附能力和除污能力仍未达到理想化结果,因此采用有效的处理方法,降低工业废水中重金属的含量,同时又不会造成二次污染具有重要的经济效益和环境效益,具有强络合能力的水处理剂将更被人们所重视。鉴于此,我们提出一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
步骤1:将模板剂溶解在酸溶液中,在25℃条件下搅拌充分,待溶液澄清后加入硅源,继续搅拌8小时后静置24小时;
步骤2:将步骤1制得的溶液经抽滤、醇洗后,放入设定温度为80-130℃的烘箱进行烘干;
步骤3:将步骤2烘干后的产物分散在甲苯溶液中,于70℃油浴条件下进行加热,随后加入氨基偶联剂,并搅拌24小时,得到嫁接氨基基团的样品;
步骤4:将嫁接氨基基团的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,并在100℃条件下烘干;
步骤5:将步骤4烘干后的产物分散于氢氧化钠水溶液中,加入二硫化碳在室温下反应,经抽滤、干燥后得到空心结构的重金属螯合剂。
优选的,步骤1中,所述模板剂∶硅源=1-1.5∶2-2.5;
所述模板剂为聚环氧乙烯作为亲水嵌段、聚环氧丙稀或聚环氧丁稀作为疏水嵌段的嵌段高分子表面活性剂或聚环氧乙烯作为亲水嵌段、长链烷烃作为疏水基的非离子型表面活性剂;
所述酸溶液为酸浓度为0.5-2mol·L-1的盐酸或硝酸;
所述硅源为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯、正硅酸乙酯或1,2-双三甲氧基硅基乙烷。
优选的,步骤3中,步骤2烘干后的产物与氨基偶联剂的质量比为:2∶1-1.5;
所述氨基偶联剂为氨基氯硅烷。
优选的,步骤5中,氢氧化钠浓度为1-3mol/L;
步骤4烘干后的产物与二硫化碳的质量比为:2∶0.5-1。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.该纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,以纳米二氧化硅空心材料为基础制备重金属螯合剂,具有高比面积、热绝缘性、酸碱稳定性,有利于提高重金属的吸附效率等优点;
2.该纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,通过氨基嫁接官能化的纳米二氧化硅空心材料,合成功能化的二硫代氨基甲酸盐基团的纳米空心结构的重金属螯合剂,具有用量低、反应速度快的特点;
3.该纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,利用空心结构作为重金属螯合剂的载体,可利用空心结构提高重金属的吸附容量,且制备过程简单,在重金属水体污染领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将模板剂溶解在酸溶液中,在25℃条件下搅拌充分,待溶液澄清后加入硅源,继续搅拌8小时后静置24小时;
步骤2:将步骤1制得的溶液经抽滤、醇洗后,放入设定温度为80-130℃的烘箱进行烘干;
步骤3:将步骤2烘干后的产物分散在甲苯溶液中,于70℃油浴条件下进行加热,随后加入氨基偶联剂,并搅拌24小时,得到嫁接氨基基团的样品;
步骤4:将嫁接氨基基团的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,并在100℃条件下烘干;
步骤5:将步骤4烘干后的产物分散于氢氧化钠水溶液中,加入二硫化碳在室温下反应,经抽滤、干燥后得到空心结构的重金属螯合剂。
具体的,步骤1中,模板剂∶硅源=1-1.5∶2-2.5;
模板剂为聚环氧乙烯作为亲水嵌段、聚环氧丙稀或聚环氧丁稀作为疏水嵌段的嵌段高分子表面活性剂或聚环氧乙烯作为亲水嵌段、长链烷烃作为疏水基的非离子型表面活性剂;
酸溶液为酸浓度为0.5-2mol·L-1的盐酸或硝酸;
硅源为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯、正硅酸乙酯或1,2-双三甲氧基硅基乙烷。
进一步的,步骤3中,步骤2烘干后的产物与氨基偶联剂的质量比为:2∶1-1.5;
氨基偶联剂为氨基氯硅烷。
除此之外,步骤5中,氢氧化钠浓度为1-3mol/L;
步骤4烘干后的产物与二硫化碳的质量比为:2∶0.5-1。
通过上述内容不难看出,通过步骤1和步骤2制得纳米二氧化硅空心材料,并以纳米二氧化硅空心材料为基础制备重金属螯合剂,具有高比面积、热绝缘性、酸碱稳定性,有利于提高重金属的吸附效率等优点,同时,通过氨基嫁接官能化的纳米二氧化硅空心材料,合成功能化的二硫代氨基甲酸盐基团的纳米空心结构的重金属螯合剂,具有用量低、反应速度快的特点;此外,利用空心结构作为重金属螯合剂的载体,可利用空心结构提高重金属的吸附容量,且制备过程简单,在重金属水体污染领域具有广阔的应用前景。
实施例1
在25℃恒温水浴条件下,将0.5g的F108(化学式为EO132PO60EO132)和1.0gTMB(化学名称为均三甲苯)搅拌下溶解于30mL,2mol·L-1的盐酸体系中,搅拌6小时以上形成乳白色乳浊液状均一体系后,加入1gTEOS(化学名称为正硅酸乙酯),搅拌8小时后静置24小时后,所得溶液放入100℃烘箱中烘干得到纳米二氧化硅空心材料;
利用氨基氯硅烷(二甲基二甲氨基氯硅烷)对纳米二氧化硅空心材料进行表面氨基官能化:称取2.0g纳米二氧化硅材料,放入装有100mL甲苯的三口烧瓶中,于70℃油浴条件下进行加热,随后,移取1.5g的氨基氯硅烷加入至烧瓶中,在机械搅拌下持续反应24h。最后,将氨基官能化的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,在100℃下烘干;
将氨基官能化的纳米二氧化硅空心材料2.0g分散在2mol/L的氢氧化钠水溶液中,搅拌均匀后向反应体系中加入1.0g二硫化碳,30℃搅拌反应3小时,反应结束依次用去离子水、乙醇洗涤,真空干燥,即得纳米空心结构的重金属螯合剂。
实施例2
在25℃恒温水浴条件下,将1.0gF108(化学式为EO132PO60EO132)和1.0gTMB(化学名称为均三甲苯)搅拌下溶解于20mL2mol·L-1的盐酸体系中,搅拌6小时以上形成乳白色乳浊液状均一体系后,加入0.9gTEOS(化学名称为正硅酸乙酯)和0.171gBTSE(化学名为硅烷),搅拌8小时后静置24小时后,所得溶液放入100℃烘箱中烘干得到纳米二氧化硅空心材料;
利用氨基氯硅烷(二甲基二甲氨基氯硅烷)对纳米二氧化硅空心材料进行表面氨基官能化:称取2.0g纳米二氧化硅材料,放入装有100mL甲苯的三口烧瓶中,于70℃油浴条件下进行加热,随后,移取1.5g的氨基氯硅烷加入至烧瓶中,在机械搅拌下持续反应24h。最后,将氨基官能化的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,在100℃下烘干;
将氨基官能化的纳米二氧化硅空心材料2.0g分散在2mol/L的氢氧化钠水溶液中,搅拌均匀后向反应体系中加入1.0g二硫化碳,30℃搅拌反应3小时,反应结束依次用去离子水、乙醇洗涤,真空干燥,即得纳米空心结构的重金属螯合剂。
实施例3
在25℃恒温水浴条件下,将0.5gF108(化学式为EO132PO60EO132)和1.0gTMB(化学名称为均三甲苯)搅拌下溶解于30mL2mol·L-1的盐酸体系中,搅拌6小时以上形成乳白色乳浊液状均一体系后,加入1gTEOS(化学名称为正硅酸乙酯),搅拌8小时后静置24小时后,所得溶液放入100℃烘箱中烘干得到纳米二氧化硅空心材料;
利用氨基氯硅烷(二甲基二甲氨基氯硅烷)对纳米二氧化硅空心材料进行表面氨基官能化:称取2.0g纳米二氧化硅材料,放入装有100mL甲苯的三口烧瓶中,于80℃油浴条件下进行加热,随后,移取1.0g的氨基氯硅烷加入至烧瓶中,在机械搅拌下持续反应48h。最后,将氨基官能化的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,在100℃下烘干;
将氨基官能化的纳米二氧化硅空心材料2.0g分散在2mol/L的氢氧化钠水溶液中,搅拌均匀后向反应体系中加入1.0g二硫化碳,30℃搅拌反应3小时,反应结束依次用去离子水、乙醇洗涤,真空干燥,即得纳米空心结构的重金属螯合剂。
实施例4
在25℃恒温水浴条件下,将0.5gF108(化学式为EO132PO60EO132)和1.0gTMB(化学名称为均三甲苯)搅拌下溶解于30mL2mol·L-1的盐酸体系中,搅拌6小时以上形成乳白色乳浊液状均一体系后,加入1gTEOS(化学名称为正硅酸乙酯),搅拌8小时后静置24小时后,所得溶液放入100℃烘箱中烘干得到纳米二氧化硅空心材料;
利用氨基氯硅烷(二甲基二甲氨基氯硅烷)对纳米二氧化硅空心材料进行表面氨基官能化:称取2.0g纳米二氧化硅材料,放入装有100mL甲苯的三口烧瓶中,于70℃油浴条件下进行加热,随后,移取1.5g的氨基氯硅烷加入至烧瓶中,在机械搅拌下持续反应24h。最后,将氨基官能化的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,在100℃下烘干;
将氨基官能化的纳米二氧化硅空心材料2.0g分散在3mol/L的氢氧化钠水溶液中,搅拌均匀后向反应体系中加入0.5g二硫化碳,30℃搅拌反应6小时,反应结束依次用去离子水、乙醇洗涤,真空干燥,即得纳米空心结构的重金属螯合剂。
实施例5
在25℃恒温水浴条件下,将1.0gF108(化学式为EO132PO60EO132)和1.0gTMB(化学名称为均三甲苯)搅拌下溶解于20mL2mol·L-1的盐酸体系中,搅拌6小时以上形成乳白色乳浊液状均一体系后,加入0.9gTEOS和0.171gBTSE,搅拌8小时后静置24小时后,所得溶液放入100℃烘箱中烘干得到纳米二氧化硅空心材料;
利用氨基氯硅烷(二甲基二甲氨基氯硅烷)对纳米二氧化硅空心材料进行表面氨基官能化:称取2.0g纳米二氧化硅材料,放入装有100mL甲苯的三口烧瓶中,于80℃油浴条件下进行加热,随后,移取1.0g的氨基氯硅烷加入至烧瓶中,在机械搅拌下持续反应48h。最后,将氨基官能化的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,在100℃下烘干;
将氨基官能化的纳米二氧化硅空心材料2.0g分散在3mol/L的氢氧化钠水溶液中,搅拌均匀后向反应体系中加入0.5g二硫化碳,30℃搅拌反应6小时,反应结束依次用去离子水、乙醇洗涤,真空干燥,即得纳米空心结构的重金属螯合剂。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例,并不用来限制本发明,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
步骤1:将模板剂溶解在酸溶液中,在25℃条件下搅拌充分,待溶液澄清后加入硅源,继续搅拌8小时后静置24小时;
步骤2:将步骤1制得的溶液经抽滤、醇洗后,放入设定温度为80-130℃的烘箱进行烘干;
步骤3:将步骤2烘干后的产物分散在甲苯溶液中,于70℃油浴条件下进行加热,随后加入氨基偶联剂,并搅拌24小时,得到嫁接氨基基团的样品;
步骤4:将嫁接氨基基团的样品用无水乙醇反复润洗并抽滤,并在100℃条件下烘干;
步骤5:将步骤4烘干后的产物分散于氢氧化钠水溶液中,加入二硫化碳在室温下反应,经抽滤、干燥后得到空心结构的重金属螯合剂。
2.根据权利要求1所述的纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,其特征在于:步骤1中,所述模板剂∶硅源=1-1.5∶2-2.5;
所述模板剂为聚环氧乙烯作为亲水嵌段、聚环氧丙稀或聚环氧丁稀作为疏水嵌段的嵌段高分子表面活性剂或聚环氧乙烯作为亲水嵌段、长链烷烃作为疏水基的非离子型表面活性剂;
所述酸溶液为酸浓度为0.5-2mol·L-1的盐酸或硝酸;
所述硅源为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯、正硅酸乙酯或1,2-双三甲氧基硅基乙烷。
3.根据权利要求1所述的纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,其特征在于:步骤3中,步骤2烘干后的产物与氨基偶联剂的质量比为:2∶1-1.5;
所述氨基偶联剂为氨基氯硅烷。
4.根据权利要求1所述的纳米空心结构重金属螯合剂的制备方法,其特征在于:步骤5中,氢氧化钠浓度为1-3mol/L;
步骤4烘干后的产物与二硫化碳的质量比为:2∶0.5-1。
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