一种应用于液体污染处理的多孔复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于液体污染处理的多孔复合材料及其制备方法，所述多孔复合材料由多孔性基体及覆盖于多孔性基体内外表面的功能分子层构成，多孔性基体采用无机材料及有机材料经混合、成型、干燥、烧结工艺制备而成，之后先将多孔性材料基体用酸活化，再在溶液中，用不同功能的硅烷偶联剂或其他有机分子处理而得到功能分子层。本发明的应用于液体污染处理的多孔复合材料具有对污染物的高选择性和高吸附量、化学稳定性好、易清洗的特点，可以广泛应用于工业废水处理、矿山冶炼、电镀、电子生产、印染行业中，特别适用于对含污染物（重金属或有机毒素、废油等）浓度较低的废水进行深度处理，使处理水中的含污染物量可以达到生活饮用水的标准。
【专利说明】一种应用于液体污染处理的多孔复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于液体污染处理的多孔复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着全球后工业化时代的到来，全球环境恶化和社会经济发展的矛盾日益尖锐，人类为了自身经济发展，不惜以污染环境为代价，水体污染严重。虽然我国经过多年的努力，投入了巨大的资金及技术进行各项环境污染的预防和治理，但环境整体恶化的趋势并未得到有效遏制，而且今后相当长的时期内，我国依然面临着环境污染的突出问题。目前传统的废水处理法包括物理-化学处理法、生物处理法及高级氧化法,但这些方法在处理效率和经济效益方面都还存在比较多的问题，从处理率来看，其中最好的要算吸附法。吸附法是利用多孔性的或比表面积大的固体材料吸附废水中的有害物质，常用的吸附剂种类较多，通常有煤渣、活性炭、膨润土、氧化铝等，其中以活性炭应用最广。但此类吸附剂在使用过程中存在对特定污染物吸附的选择性不强、使用时间短、再生困难，使用后吸附剂需特定处理等缺点。
[0003]为了克服这些问题，众多学者对各类不同的吸附剂进行了表面处理，如活性炭的酸化处理，可使得活性炭表面含氧官能团的增加，从而增大对有机物吸附功能，但此类活性炭价格昂贵，吸附饱和后再生困难。为此中国发明专利公开了一种活性烷基化硅胶及其制备方法(专利号:200510038744.3)，但硅胶的颗粒较细，在液体污染物处理领域的应用过程中，存在易流失的问题；因此中国发明专利公开了一种多层涂布的多孔材料的制造方法(专利号:02821460.9)，具体为在经预活化的多孔聚合物基材上，利用浸溃的方法对基材进行处理，从而得到多层涂层。但通过浸溃方法获得的涂层，化学稳定性并不强。另外中国发明专利还公开了一种亲油性滤料的制备工艺(专利号:200710052633.7)，包括陶瓷滤料的预处理，改性溶液的配制，预处理陶瓷滤料的浸溃等。同样的，该工艺中的浸溃法所得的陶瓷滤料的化学稳定性不高，并且该工艺中没有公开吸油饱和后的陶瓷滤料的再生问题。最后中国发明专利公开了一种具有吸附和固定砷及重金属功能的过滤材料的制备方法(专利号:103319212)，包括先将多孔陶瓷基体吸附上二价铁离子，在利用还原剂对二价铁离子进行原位还原，最后烧结而得。该材料很好的解决了零价铁的应用问题，实例表明其对固定砷及重金属具有良好的功效。但该方法所述的多孔陶瓷基体的陶瓷成分至少含有25wt%的硅藻土，限制了基体的使用；并且该当该材料微孔内的零价铁全部被置换后，再生困难。
[0004]总的来说，对于液体中污染物的处理，现有技术不能完好的兼具吸附材料的使用费用低、吸附能力强、化学稳定性高、再生简单实用等问题。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于液体污染处理的多孔复合材料及其制备方法，所制得的多孔复合材料对污染物有高选择性和高吸附量(污染物承载量)、化学稳定性好、易清洗；并且可再生。[0006]本发明的应用于液体污染处理的多孔复合材料，由多孔性材料基体及覆盖于多孔性材料基体内外表面的功能分子层构成，多孔性材料基体采用无机材料及有机材料经混合、制粉、成型、干燥、烧结工艺制备而成，之后先将多孔性材料基体用稀酸活化，再在有机或无机溶液中，用不同功能的硅烷偶联剂其他有机分子处理而得到功能分子层。
[0007]本发明的应用于液体污染处理的多孔复合材料，所述多孔性材料基体的制备原材料选自废旧陶瓷、钾长石、膨润土、石英粉、方解石、滑石粉、石墨粉、三聚磷酸钠、煤矸石、煤粉、铝矾土、方解石、玻璃材料、有机聚合物材料中的一种或多种。
[0008]本发明的应用于液体污染处理的多孔复合材料，所述硅烷偶联剂选自Y-氨基丙基二甲(乙)氧基硅烷、Y _疏基丙基二甲(乙)氧基硅烷、N- β -氣乙基-、-氣丙基甲基二甲氧基硅烷、N- β -氛乙基-Y -氛丙基二甲氧基硅烷、Y -服基丙基二乙氧基硅烷、长链娃烷烃中的一种，长链硅烷烃为辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷；所述其他有机分子选自含羧酸基、醇基、氨基或其它能与无机基体起化学反应的有机分子，这些有机分子由如下的化学结构式:
【权利要求】
1.一种应用于液体污染处理的多孔复合材料，其特征在于:由多孔性材料基体及覆盖于多孔性材料基体内外表面的功能分子层构成，多孔性材料基体采用无机材料及有机材料经混合、制粉、成型、干燥、烧结工艺制备而成，之后先将多孔性材料基体用稀酸活化，再在有机或无机溶液中，用不同功能的硅烷偶联剂或其他有机分子处理而得到功能分子层。
2.根据权利要求1所述的应用于液体污染处理的多孔复合材料，其特征在于:所述多孔性材料基体的制备原材料选自废旧陶瓷、钾长石、膨润土、石英粉、方解石、滑石粉、石墨粉、三聚磷酸钠、煤矸石、煤粉、铝矾土、方解石、玻璃材料、有机聚合物材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的应用于液体污染处理的多孔复合材料，其特征在于:所述硅烧偶联剂选自Y _氨基丙基二甲(乙)氧基硅烷、Y -疏基丙基二甲(乙)氧基硅烷、N- β _氨乙基-氛丙基甲基二甲氧基硅烷、N- β -氛乙基-Y -氛丙基二甲氧基硅烷、Y -服基丙基三乙氧基硅烷、长链硅烷烃中的一种，长链硅烷烃为辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷，所述其他有机分子选自含羧酸基、醇基、氨基或其它能与无机基体起化学反应的有机分子，这些有机分子由如下的化学结构式:
4.一种应用于液体污染处理的多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)多孔性材料基体的制备:将多孔性材料基体和有机化合物混合成浆，然后通过轧浆、捏揉或喷雾干燥将该材料制成粉末或者通过挤压/滚动成球并干燥，最后在还原或者氧化气氛中，在500-1400°C的温度下烧结； 2)多孔复合材料的制备:将经过步骤I)制得的材料浸泡在浓度为0.5-5%的稀酸溶液中，在50-90°C的温度下放置0.1-5小时，然后在80-150°C的温度下干燥；之后再投入有机液体或者水溶液中，在50-150°C的温度下与硅烷偶联剂或其他有机分子反应，从而合成多孔复合材料。
5.根据权利要求4所述的应用于液体污染处理的多孔复合材料的制备方法，其特征在于:所述多孔性材料基体的制备原材料选自废旧陶瓷、钾长石、膨润土、石英粉、方解石、滑石粉、石墨粉、三聚磷酸钠、煤矸石、煤粉、铝矾土、方解石、玻璃材料、有机聚合物材料中的一种或多种；所述有机化合物为淀粉、碳粉或煤炭。
6.根据权利要求4所述的应用于液体污染处理的多孔复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤I)中:所制得的多孔性材料基体的粒径为0.1 -20mm，孔隙率为20_80%，孔径为5nm_200 μ m,比表面积为 0.1-1000 m2 /g。
7.根据权利要求4所述的应用于液体污染处理的多孔复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤2)中:所述稀酸为稀硫酸、稀盐酸或稀硝酸；所述有机液体选自苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、甲基丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯中的一种。
8.根据权利要求4所述的应用于液体污染处理的多孔复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤2)中:所述硅烷偶联剂选自Y-氨基丙基三甲(乙)氧基硅烷、Y-巯基丙基三甲(乙)氧基硅烷、N- β -氣乙基-X -氣丙基甲基二甲氧基硅烷、N- β -氣乙基-X -氣丙基二甲氧基硅烷、Y-脲基丙基三乙氧基硅烷、长链硅烷烃中的一种，长链硅烷烃为辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷，所述其他有机分子选自含羧 酸基、醇基、氨基或其它能与无机基体起化学反应的有机分子。
【文档编号】B01J20/30GK104014309SQ201410193690
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】奉向东 申请人:奉向东