一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料及其製備方法

2023-09-10 05:05:45

一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料及其製備方法，所述多孔複合材料由多孔性基體及覆蓋於多孔性基體內外表面的功能分子層構成，多孔性基體採用無機材料及有機材料經混合、成型、乾燥、燒結工藝製備而成，之後先將多孔性材料基體用酸活化，再在溶液中，用不同功能的矽烷偶聯劑或其他有機分子處理而得到功能分子層。本發明的應用於液體汙染處理的多孔複合材料具有對汙染物的高選擇性和高吸附量、化學穩定性好、易清洗的特點，可以廣泛應用於工業廢水處理、礦山冶煉、電鍍、電子生產、印染行業中，特別適用於對含汙染物（重金屬或有機毒素、廢油等）濃度較低的廢水進行深度處理，使處理水中的含汙染物量可以達到生活飲用水的標準。
【專利說明】一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著全球後工業化時代的到來，全球環境惡化和社會經濟發展的矛盾日益尖銳，人類為了自身經濟發展，不惜以汙染環境為代價，水體汙染嚴重。雖然我國經過多年的努力，投入了巨大的資金及技術進行各項環境汙染的預防和治理，但環境整體惡化的趨勢並未得到有效遏制，而且今後相當長的時期內，我國依然面臨著環境汙染的突出問題。目前傳統的廢水處理法包括物理-化學處理法、生物處理法及高級氧化法,但這些方法在處理效率和經濟效益方面都還存在比較多的問題，從處理率來看，其中最好的要算吸附法。吸附法是利用多孔性的或比表面積大的固體材料吸附廢水中的有害物質，常用的吸附劑種類較多，通常有煤渣、活性炭、膨潤土、氧化鋁等，其中以活性炭應用最廣。但此類吸附劑在使用過程中存在對特定汙染物吸附的選擇性不強、使用時間短、再生困難，使用後吸附劑需特定處理等缺點。
[0003]為了克服這些問題，眾多學者對各類不同的吸附劑進行了表面處理，如活性炭的酸化處理，可使得活性炭表面含氧官能團的增加，從而增大對有機物吸附功能，但此類活性炭價格昂貴，吸附飽和後再生困難。為此中國發明專利公開了一種活性烷基化矽膠及其製備方法(專利號:200510038744.3)，但矽膠的顆粒較細，在液體汙染物處理領域的應用過程中，存在易流失的問題；因此中國發明專利公開了一種多層塗布的多孔材料的製造方法(專利號:02821460.9)，具體為在經預活化的多孔聚合物基材上，利用浸潰的方法對基材進行處理，從而得到多層塗層。但通過浸潰方法獲得的塗層，化學穩定性並不強。另外中國發明專利還公開了一種親油性濾料的製備工藝(專利號:200710052633.7)，包括陶瓷濾料的預處理，改性溶液的配製，預處理陶瓷濾料的浸潰等。同樣的，該工藝中的浸潰法所得的陶瓷濾料的化學穩定性不高，並且該工藝中沒有公開吸油飽和後的陶瓷濾料的再生問題。最後中國發明專利公開了一種具有吸附和固定砷及重金屬功能的過濾材料的製備方法(專利號:103319212)，包括先將多孔陶瓷基體吸附上二價鐵離子，在利用還原劑對二價鐵離子進行原位還原，最後燒結而得。該材料很好的解決了零價鐵的應用問題，實例表明其對固定砷及重金屬具有良好的功效。但該方法所述的多孔陶瓷基體的陶瓷成分至少含有25wt%的硅藻土，限制了基體的使用；並且該當該材料微孔內的零價鐵全部被置換後，再生困難。
[0004]總的來說，對於液體中汙染物的處理，現有技術不能完好的兼具吸附材料的使用費用低、吸附能力強、化學穩定性高、再生簡單實用等問題。

【發明內容】

[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料及其製備方法，所製得的多孔複合材料對汙染物有高選擇性和高吸附量(汙染物承載量)、化學穩定性好、易清洗；並且可再生。[0006]本發明的應用於液體汙染處理的多孔複合材料，由多孔性材料基體及覆蓋於多孔性材料基體內外表面的功能分子層構成，多孔性材料基體採用無機材料及有機材料經混合、制粉、成型、乾燥、燒結工藝製備而成，之後先將多孔性材料基體用稀酸活化，再在有機或無機溶液中，用不同功能的矽烷偶聯劑其他有機分子處理而得到功能分子層。
[0007]本發明的應用於液體汙染處理的多孔複合材料，所述多孔性材料基體的製備原材料選自廢舊陶瓷、鉀長石、膨潤土、石英粉、方解石、滑石粉、石墨粉、三聚磷酸鈉、煤矸石、煤粉、鋁礬土、方解石、玻璃材料、有機聚合物材料中的一種或多種。
[0008]本發明的應用於液體汙染處理的多孔複合材料，所述矽烷偶聯劑選自Y-氨基丙基二甲(乙)氧基矽烷、Y _疏基丙基二甲(乙)氧基矽烷、N- β -氣乙基-、-氣丙基甲基二甲氧基矽烷、N- β -氛乙基-Y -氛丙基二甲氧基矽烷、Y -服基丙基二乙氧基矽烷、長鏈娃烷烴中的一種，長鏈矽烷烴為辛基三乙氧基矽烷、十二烷基三乙氧基矽烷、十六烷基三乙氧基矽烷或十八烷基三乙氧基矽烷；所述其他有機分子選自含羧酸基、醇基、氨基或其它能與無機基體起化學反應的有機分子，這些有機分子由如下的化學結構式:
【權利要求】
1.一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料，其特徵在於:由多孔性材料基體及覆蓋於多孔性材料基體內外表面的功能分子層構成，多孔性材料基體採用無機材料及有機材料經混合、制粉、成型、乾燥、燒結工藝製備而成，之後先將多孔性材料基體用稀酸活化，再在有機或無機溶液中，用不同功能的矽烷偶聯劑或其他有機分子處理而得到功能分子層。
2.根據權利要求1所述的應用於液體汙染處理的多孔複合材料，其特徵在於:所述多孔性材料基體的製備原材料選自廢舊陶瓷、鉀長石、膨潤土、石英粉、方解石、滑石粉、石墨粉、三聚磷酸鈉、煤矸石、煤粉、鋁礬土、方解石、玻璃材料、有機聚合物材料中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的應用於液體汙染處理的多孔複合材料，其特徵在於:所述矽燒偶聯劑選自Y _氨基丙基二甲(乙)氧基矽烷、Y -疏基丙基二甲(乙)氧基矽烷、N- β _氨乙基-氛丙基甲基二甲氧基矽烷、N- β -氛乙基-Y -氛丙基二甲氧基矽烷、Y -服基丙基三乙氧基矽烷、長鏈矽烷烴中的一種，長鏈矽烷烴為辛基三乙氧基矽烷、十二烷基三乙氧基矽烷、十六烷基三乙氧基矽烷或十八烷基三乙氧基矽烷，所述其他有機分子選自含羧酸基、醇基、氨基或其它能與無機基體起化學反應的有機分子，這些有機分子由如下的化學結構式:
4.一種應用於液體汙染處理的多孔複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)多孔性材料基體的製備:將多孔性材料基體和有機化合物混合成漿，然後通過軋漿、捏揉或噴霧乾燥將該材料製成粉末或者通過擠壓/滾動成球並乾燥，最後在還原或者氧化氣氛中，在500-1400°C的溫度下燒結； 2)多孔複合材料的製備:將經過步驟I)製得的材料浸泡在濃度為0.5-5%的稀酸溶液中，在50-90°C的溫度下放置0.1-5小時，然後在80-150°C的溫度下乾燥；之後再投入有機液體或者水溶液中，在50-150°C的溫度下與矽烷偶聯劑或其他有機分子反應，從而合成多孔複合材料。
5.根據權利要求4所述的應用於液體汙染處理的多孔複合材料的製備方法，其特徵在於:所述多孔性材料基體的製備原材料選自廢舊陶瓷、鉀長石、膨潤土、石英粉、方解石、滑石粉、石墨粉、三聚磷酸鈉、煤矸石、煤粉、鋁礬土、方解石、玻璃材料、有機聚合物材料中的一種或多種；所述有機化合物為澱粉、碳粉或煤炭。
6.根據權利要求4所述的應用於液體汙染處理的多孔複合材料的製備方法，其特徵在於，在步驟I)中:所製得的多孔性材料基體的粒徑為0.1 -20mm，孔隙率為20_80%，孔徑為5nm_200 μ m,比表面積為 0.1-1000 m2 /g。
7.根據權利要求4所述的應用於液體汙染處理的多孔複合材料的製備方法，其特徵在於，在步驟2)中:所述稀酸為稀硫酸、稀鹽酸或稀硝酸；所述有機液體選自苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、甲基丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯中的一種。
8.根據權利要求4所述的應用於液體汙染處理的多孔複合材料的製備方法，其特徵在於，在步驟2)中:所述矽烷偶聯劑選自Y-氨基丙基三甲(乙)氧基矽烷、Y-巰基丙基三甲(乙)氧基矽烷、N- β -氣乙基-X -氣丙基甲基二甲氧基矽烷、N- β -氣乙基-X -氣丙基二甲氧基矽烷、Y-脲基丙基三乙氧基矽烷、長鏈矽烷烴中的一種，長鏈矽烷烴為辛基三乙氧基矽烷、十二烷基三乙氧基矽烷、十六烷基三乙氧基矽烷或十八烷基三乙氧基矽烷，所述其他有機分子選自含羧 酸基、醇基、氨基或其它能與無機基體起化學反應的有機分子。
【文檔編號】B01J20/30GK104014309SQ201410193690
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】奉向東 申請人:奉向東