一种三价铬离子吸附剂的制备方法与流程

本发明属于功能材料制备领域，主要涉及到一种三价铬离子吸附剂的制备方法。

背景技术

由于现代工业的快速发展，滋生出大量环境污染问题。近年来，重金属污染水环境的问题层出不穷，如大量的含有重金属离子（铬、铅、锌、铜、钴、镍、锡）的废物被排入水中，直接或间接的进入人体中，引发了一系列的疾病。因此，有效治理重金属污染问题已成为当前研究领域的热点。介孔材料具有均一有序、结构稳定的孔道，较大的比表面积以及孔径可调的特性，作为重金属离子吸附剂，已得到研究者的关注。

然而，由于单纯介孔材料的化学活性不高，离子交换能力差，极大地限制了它的应用前景。为此，人们利用介孔材料上的si-oh，将其他有机官能团嫁接到介孔材料上，强化其吸附重金属离子的能力。huang等人报道氨基改性后的sba-15介孔分子筛对重金属离子（mn²⁺、zn²⁺、cu²⁺、fe²⁺、pb²⁺、ag⁺）的吸附能力要高于未改性的sba-15介孔分子筛的吸附能力（journalofhazardousmaterials,2008,152,690）。kothalawala等利用edta对介孔硅材料进行修饰，对去除铬（ⅲ）离子有一定的效果（journalofcolloidandinterfacescience,2013,392,57），但吸附能力并不理想。目前，对铬（ⅲ）离子吸附剂的研究报道较少，仅局限于常规官能团（-nh2，-sh，-ch=ch2，-cooh）对介孔材料的修饰，没有真正体现到有机分子的多样性和多功能性。因此，开发一种高效铬（ⅲ）离子吸附剂迫在眉睫，具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种三价铬离子吸附剂的制备方法。该方法通过氨基改性后的介孔材料与2-乙酰噻吩进行席夫碱反应，得到2-乙酰噻吩改性介孔材料。在介孔材料引入了2-乙酰噻吩基团，不仅解决了单独使用有机分子生物兼容性差、毒副作用强、水溶性差等缺点，而且显著提升了介孔材料的吸附能力。

本发明的技术方案是：

一种三价铬离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）介孔材料的氨基功能化：

将1~5g的硅烷偶联剂与60~180ml有机溶剂配制成混合液，把1~5g介孔材料样品分散到上述混合液中，在惰性气体保护下，在80~120℃加热搅拌回流8~24小时后，洗涤、抽滤，在60~120℃下干燥24小时，获得氨基改性介孔材料；

（2）介孔材料表面嫁接2-乙酰噻吩基团：

将1~5g步骤（1）中合成的氨基改性介孔材料倒入装有100~200ml有机溶剂的三口烧瓶中，滴加0.1~1ml冰醋酸，在惰性气体保护下搅拌2~10min；然后将浓度为0.2~1mol/l的2-乙酰噻吩溶液加入到上述三口烧瓶中，在80~120℃下搅拌回流8~24小时；反应完成后，洗涤、抽滤，在60~120℃下干燥24小时，得到2-乙酰噻吩改性介孔材料，即三价铬离子吸附剂。

其中，所述介孔材料是sba-15介孔分子筛、mcm-41介孔分子筛、壳聚糖、介孔sio2中的一种。

其中，所述步骤（1）和步骤（2）中的有机溶剂是无水甲苯或无水乙醇。

其中，所述步骤（1）和步骤（2）中的惰性气体是氮气、氩气、氦气中的一种。

其中，所述步骤（2）中的硅烷偶联剂是3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-（2,4-二硝基苯基氨基）丙基三乙氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。

本发明的有益效果为：本发明是利用席夫碱反应在介孔材料上嫁接2-乙酰噻吩基团，可获得高性能三价铬离子吸附剂。该方法拓宽了多孔材料表面官能团化的方法，不仅解决了席夫碱基团物兼容性差和不易回收等缺点，而且席夫碱基团的存在强化了介孔材料对三价铬离子的吸附效果，显著提高了其对三价铬离子的吸附性能。该方法简单、灵活，易于操作。

附图说明

图1是本发明中sba-15介孔分子筛表面sem图。

图2是本发明中不同三价铬离子吸附剂的吸附性能。

具体实施方式

实施例1

（1）sba-15介孔分子筛的氨基功能化：

将1g的3-氨丙基三甲氧基硅烷（aptms）与60ml无水甲苯配制成混合液，把1gsba-15介孔分子筛样品分散到上述混合液中，并在氮气保护下100℃加热搅拌回流8小时后，洗涤、抽滤，在60℃下干燥24小时，获得氨基改性sba-15介孔分子筛。

（2）sba-15介孔分子筛表面嫁接2-乙酰噻吩基团：

将1g步骤（1）中合成的氨基改性sba-15介孔分子筛倒入装有100ml无水甲苯的三口烧瓶中，滴加0.1ml冰醋酸，在氮气保护下搅拌2min。然后将浓度为0.2mol/l的2-乙酰噻吩溶液加入到上述三口烧瓶中，在80℃下搅拌回流8小时。反应完成后，洗涤、抽滤，60℃下干燥24小时，得到2-乙酰噻吩改性sba-15介孔分子筛，即三价铬离子吸附剂。

实施例2

（1）sba-15介孔分子筛的氨基功能化：

将3g的3-氨丙基三甲氧基硅烷与120ml无水乙醇配制成混合液，把3gsba-15介孔分子筛样品分散到上述混合液中，并在氮气保护下120℃加热搅拌回流16小时后，洗涤、抽滤，在100℃下干燥24小时，获得氨基改性sba-15介孔分子筛。

（2）sba-15介孔分子筛表面嫁接2-乙酰噻吩基团：

将3g步骤（1）合成的氨基改性sba-15分子筛倒入装有150ml无水乙醇的三口烧瓶中，滴加0.5ml冰醋酸，在氮气保护下搅拌5min。然后将浓度为0.5mol/l的2-乙酰噻吩溶液加入到上述三口烧瓶中，在100℃加热搅拌回流16小时。反应完成后，洗涤、抽滤，100℃下干燥24小时，得到2-乙酰噻吩改性sba-15介孔分子筛，即三价铬离子吸附剂。

实施例3

（1）sba-15介孔分子筛的氨基功能化：

将5g的3-氨丙基三乙氧基硅烷与180ml无水乙醇配制成混合液，把5gsba-15介孔分子筛样品分散到上述混合液中，并在氩气保护下80℃加热搅拌回流24小时后，洗涤、抽滤，在120℃下干燥24小时，获得氨基改性sba-15介孔分子筛。

（2）sba-15介孔分子筛表面嫁接2-乙酰噻吩基团：

将5g步骤（1）合成的氨基改性sba-15分子筛倒入装有200ml无水乙醇的三口烧瓶中，滴加1ml冰醋酸，在氩气保护下搅拌10min。然后将浓度为1mol/l的2-乙酰噻吩溶液加入到上述三口烧瓶中，在120℃加热搅拌回流24小时。反应完成后，洗涤、抽滤，120℃下干燥24小时，得到2-乙酰噻吩改性sba-15介孔分子筛，即三价铬离子吸附剂。

实施例4

（1）mcm-41介孔分子筛的氨基功能化：

将3g的3-（2,4-二硝基苯基氨基）丙基三乙氧基硅烷与180ml无水乙醇配制成混合液，把3gmcm-41介孔分子筛样品分散到上述混合液中，并在氩气保护下110℃加热搅拌回流8小时后，洗涤、抽滤，在80℃下干燥24小时，获得氨基改性mcm-41介孔分子筛。

（2）mcm-41介孔分子筛表面嫁接2-乙酰噻吩基团：

将3g步骤（1）合成的氨基改性mcm-41分子筛倒入装有180ml无水乙醇的三口烧瓶中，滴加0.8ml冰醋酸，在氩气保护下搅拌10min。然后将浓度为0.6mol/l的2-乙酰噻吩溶液加入到上述三口烧瓶中，在100℃加热搅拌回流16小时。反应完成后，洗涤、抽滤，110℃下干燥24小时，得到2-乙酰噻吩改性mcm-41介孔分子筛，即三价铬离子吸附剂。

实施例5

（1）壳聚糖介孔材料的氨基功能化：

将3g的n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷与180ml无水乙醇配制成混合液，把3gmcm-41介孔分子筛样品分散到上述混合液中，并在氦气保护下110℃加热搅拌回流24小时后，洗涤、抽滤，在60℃下干燥24小时，获得氨基改性壳聚糖介孔材料。

（2）壳聚糖介孔材料表面嫁接2-乙酰噻吩基团：

将3g步骤（1）合成的氨基改性mcm-41分子筛倒入装有180ml无水乙醇的三口烧瓶中，滴加1ml冰醋酸，在氦气保护下搅拌8min。然后将浓度为0.5mol/l的2-乙酰噻吩溶液加入到上述三口烧瓶中，在100℃加热搅拌回流24小时。反应完成后，洗涤、抽滤，120℃下干燥24小时，得到2-乙酰噻吩改性壳聚糖介孔材料，即三价铬离子吸附剂。

实施例6

（1）介孔sio2材料的氨基功能化：

将3g的3-氨丙基三乙氧基硅烷与120ml无水乙醇配制成混合液，把3g介孔sio2材料分散到上述混合液中，并在氮气保护下110℃加热搅拌回流24小时后，洗涤、抽滤，在80℃下干燥24小时，获得氨基改性介孔sio2。

（2）介孔sio2材料表面嫁接2-乙酰噻吩基团：

将3g步骤（1）合成的氨基改性介孔sio2倒入装有120ml无水乙醇的三口烧瓶中，滴加0.4ml冰醋酸，在氮气保护下搅拌10min。然后将浓度为0.6mol/l的2-乙酰噻吩溶液加入到上述三口烧瓶中，在120℃加热搅拌回流24小时。反应完成后，洗涤、抽滤，80℃下干燥24小时，得到2-乙酰噻吩改性介孔sio2材料，即三价铬离子吸附剂。

本发明制备的吸附剂对三价铬离子的吸附实验具体步骤如下：分别取上述实施例1、实施例4、实施例5、实施例6获得的吸附剂50mg，置于50ml浓度为40mg/l的铬离子溶液中，在40℃下，搅拌5h，然后离心20min，取上层清液，利用原子吸收光谱仪测定残留的三价铬离子的浓度，计算出对三价铬离子的吸附率，结果见图2。由图2分析可知，按照本发明所提供的技术方案，得到的吸附剂对三价铬离子具有良好的吸附效果，2-乙酰噻吩改性的介孔材料对三价铬离子的吸附率均在95%以上，该类吸附剂具有广阔的商业价值。