一种新型多级孔复合材料的制备及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料制备技术领域，尤其是一种新型多级孔复合材料的制备方法及其 应用。
【背景技术】
[0002] 湖泊的富营养化作用与湖水中磷的含量有非常重要的关联。数据表明：当磷的浓 度不高于0. 〇lmg/l时，湖泊一般情况下不会发生严重的富营养化；当浓度在0. 02mg/l~ lmg/1时，适当的条件下湖泊就会发生较严重的富营养化。因此低浓度的磷也会对水体造成 危害。
[0003] 多级孔复合材料作为一种新兴的材料，比如微孔-介孔复合材料，由于其具有微 孔和介孔的双重特性，使其在一些吸附反应中表现出了很高的吸附容量。微孔为反应物提 供孔道和择形效应，介孔的存在使反应物更容易接触到活性中心，促进产物的分离富集。
[0004] 除磷的方法有多种，其中吸附法具有操作简单、方便、不产生有毒物质等无可比拟 的优势。目前所研宄报道的除磷吸附剂有很多种，然而普遍存在吸附容量低、吸附速率慢或 价格昂贵等不足。近期的研宄发现，介孔分子筛有望成为一类新型除磷吸附剂，是目前除 磷领域的研宄热点。介孔材料具有高度有序排列的孔道结构、孔径均匀且尺寸可调（2~ 50nm)，比表面积大、吸附容量高、热稳定性好和无毒性等优点，并且介孔材料孔道表面具有 均匀的易于修饰的硅羟基等特点，因此，介孔材料在环保领域中吸附重金属离子、有机污染 物、放射性核素等方面具有较大的应用价值。单纯的无机材料在吸附过程中的吸附效果往 往不尽如人意，而有机改性是赋予无机材料功能化特性，从而提高吸附剂吸附效果和吸附 速率的有效手段。随着对吸附剂研宄的进一步发展，许多研宄者开始致力于对无机材料进 行有机改性，从而制备出兼具有有机官能团的功能性、又有无机基体的优点的有机改性无 机材料吸附剂。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种多级孔复合材料的制备方法及其应 用，所制备的多级孔复合材料具有高度有序排列的孔道结构、孔径均匀且尺寸可调，比表面 积大、吸附容量高、热稳定性好和无毒性等优点，尤其对于磷具有较高的吸附容量和较快的 吸附速率。
[0006] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007] 一种多级孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] (1)取脱脂棉溶于稀硫酸中，在45°C水浴下保持机械搅拌，取出稀释，离心回收沉 淀物并用蒸馏水洗涤至无法离心为止，再装入透析袋中进行透析，得到浓度为3wt%纤维素 纳米晶，加去离子水稀释至0. 5wt % ;
[0009] (2)向圆底烧瓶中加入去离子水和乙醇共60ml，其中，去离子水与乙醇溶液的 体积比为1. 5:1~2. 5:1，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB) 25~35mg，30°C水浴下搅拌至 CTAB呈胶束状态，再加入氨水400~600ul，加入步骤（1)0. 5wt %纤维素纳米晶水溶液 3. 5-4 5ml，IOmin后加入硅酸四乙酯80~120ul，继续30°C水浴2h ;
[0010] (3)待步骤⑵反应结束，抽滤，用去离子水和乙醇洗涤三遍，取出放置于60°C烘 箱中蒸干，1_2°C /min的升温速率升温至530-550°C煅烧6h，得到多级孔纳米材料；
[0011] (4)将步骤（3)得到的多级孔纳米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸镧晶体， 镧硅的摩尔比为1:5,在60°C下水浴搅拌8-12h，烘干，以2-3°C /min的升温速率升温至 530-550 °C煅烧6h，得到多级孔复合材料。
[0012] 优选地，步骤（2)中去离子水与乙醇溶液的体积比为2:1。
[0013] 优选地，CTAB的量为30mg，氨水的量为500ul，0. 5wt%纤维素纳米晶水溶液的量 为4ml，娃酸四乙酯的量为IOOul。
[0014] 优选地，步骤（3)中煅烧的温度为540°C。
[0015] 优选地，步骤（4)中水浴搅拌时间为10h，煅烧的温度为540°C。
[0016] 所述制备方法制备的多级孔复合材料用于重磷酸根离子的选择性吸附分离。
[0017] 本发明向多级孔材料中参杂镧元素，具有高度有序排列的孔道结构、孔径均匀且 尺寸可调，比表面积大、吸附容量高、热稳定性好和无毒性等优点，尤其对于磷具有较高的 吸附容量和较快的吸附速率，因此将该复合材料应用于吸附湖泊河流等低浓度磷的水体中 的磷元素有较高的实际意义。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] (1)采用高比表面介孔材料，极大地提高了材料的吸附容量，且制备过程简单易操 作。
[0020] (2)使用硝酸镧作为配体，与其他价格高昂的配体相比，极大地降低了材料的生产 成本。
[0021] (3)利用本发明获得的纳米结构复合材料吸附可以对几种重磷酸根离子进行高效 的、高选择性吸附分离。
【附图说明】
[0022] 图1为多级孔复合材料透射电镜图。图中显示出明显有序多级孔和微孔孔道结构 和孔道内参杂的物质。
[0023] 图2为多级孔复合材料扫描电镜图，图中显示出明显有序多级孔孔和微孔孔道结 构。
[0024] 图3为多级孔复合材料扫描电镜图对应的EDS图谱，图中显示出材料表面成功参 杂上镧元素。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0026] 实施例1 :
[0027] (1)取5. Og脱脂棉溶解于75ml浓度为45%的稀硫酸溶液中，置于45°C水浴锅中 恒温，保持机械搅拌2h，稀释10倍至675ml，在4500r/min转速下离心，并加入蒸馏水洗绦 至不能离心为止，透析至pH为2. 3,得到浓度为3. 5wt %纤维素纳米晶，加去离子水稀释至 0· 6wt % 〇
[0028] (2)向圆底烧瓶中加入36ml去离子水、24ml乙醇、25mgCTAB，于30°C水浴中强拌 30min，再加入氨水400ul，加入步骤（1)得到的稀释后的0. 6wt%纤维素纳米晶3. 5ml，搅拌 IOmin后加入硅酸四乙酯80ul，继续在30°C水浴中恒温2h。
[0029] (3)待步骤⑵反应结束，抽滤，用去离子水和乙醇洗涤三遍，取出放置于60°C烘 箱中蒸干，以3°C /min的升温至530°C煅烧6h，得到多级孔纳米材料。
[0030] (4)将步骤（3)得到的多级孔纳米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸镧晶体使溶 液中硅镧的摩尔比为1:5,在60°C水浴中恒温并搅拌10h，烘干，以2°C/min的升温至530°C 煅烧6h，得到改性介孔硅膜材料，即多级孔复合材料。
[0031] 实施例2:
[0032]