一種氨基功能化有序介孔碳材料、製備方法及其應用的製作方法
2023-06-07 10:00:21
一種氨基功能化有序介孔碳材料、製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公布了一種氨基功能化有序介孔碳材料及其製備方法和應用。本發明的製備方法是利用軟模板路線合成的有序介孔碳，經濃硝酸氧化處理後，通過矽烷偶聯劑作用，製得氨基功能化有序介孔碳材料。該方法通過對有序介孔碳進行溼法氧化，顯著提高了有序介孔碳孔道內羥基基團的濃度，再通過有機矽烷偶聯劑作用，使得含氨基的矽烷基團均勻地接枝到有序介孔碳的高度有序、孔徑分布均一的孔道內。解決了有序介孔碳材料因疏水性和表面惰性造成的無法直接接枝官能團的技術問題。該材料應用於吸附水溶液中的Cr(VI)，具有施用方便、吸附速率快、吸附容量高的優點。
【專利說明】一種氨基功能化有序介孔碳材料、製備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種功能材料及其製備方法和應用的【技術領域】，特別是氨基功能化有序介孔碳材料及其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展尤其是工業的發展，重金屬汙染已經成為日益嚴重的環境問題，而其中的鉻汙染是一大重點和難點。含鉻廢水的主要來源是採礦、化工、電鍍、皮革等工業廢水和垃圾滲濾液等。鉻在自然界中主要有Cr(VI)和Cr(III)兩種較穩定的價態，不同價態鉻化合物的毒性不同，以Cr(VI)的毒性最大，其毒性是Cr(III)毒性的100倍。廢水中Cr(VI)主要以Cr042_和Cr2072_的形式存在，具有強毒性，可致癌、致畸、致突變，對生態環境和人類健康構成嚴重威脅。因此，Cr(VI)含量是水質汙染控制指標中的重要項目，必須嚴格處理含鉻廢水。
[0003]目前，處理含Cr(VI)廢水的方法主要有吸附、離子交換、反滲透、膜分離、電滲析等。其中，吸附法具有操作簡便、適用範圍廣、可回收有用物質等優點，被認為是最具有應用潛力的汙水淨化措施。常用的多孔吸附劑有:活性炭、沸石和粘土等。但在實際應用時，存在吸附容量低、吸附速率慢和選擇性差等缺點，僅利用物理吸附，不足以高效的去除廢水中的Cr(VI)。因此，研究者們通過對多孔材料進行化學修飾，來增強其吸附性能:Wang 等[L.Wang, ff.Liu, T.Wang and J.Ni, Chemical EngineeringJournal.225(2013) 153-163]對鈦納米管進行氨基功能化，用於廢水中重金屬的高效吸附。Li 等[J.Li, X.Mao, Y.Hao, J.Zhao, X.Sun and L.Wang, Journal of Colloid and InterfaceScience.318(2008)309 - 314]通過對介孔矽材料進行氨基接枝，增強材料對Cr(VI)的吸附性能。可見，為提高介孔材料的吸附性能、擴展其應用領域，選擇其他種類的介孔材料進行化學修飾，也備受研究者們的關注。
[0004]有序介孔碳材料是一種新型納米結構材料。除了具有孔徑分布窄，孔道結構規則，比表面積及孔容大等特點外，還具有良好的化學穩定性以及導熱導電性能，在吸附、分離、催化劑載體、環境修復以及光、電、磁等領域均展現出廣闊的應用前景。相較於傳統的沸石、活性炭等無序多孔材料，有序介孔碳由於其自身特性在吸附和物料傳遞等方面更具優勢。但由於有序介孔碳材料具有疏水性和表面惰性，難以直接進行官能團的接枝。處理類似的碳材料，例如:碳納米管，Peng等[H.Peng, L B.Alemany, J L.Margrave, and VN.Khabashesku, Journal of American Chemical Society.125 (2003) 15174 - 15182]米用多種有機酸對碳納米管進行氧化後，利用氯化亞碸對其進行氯化，再使用乙二胺對碳納米管進行胺化處理。該處理方法不僅過程複雜，還使用了氯化亞碸這種強刺激性、對環境有汙染的試劑，不利於工業上的大批量生產。在現有技術中，尚無對硝酸氧化後的有序介孔碳直接進行氨基的接枝，來製備氨基功能化有序介孔碳材料的相關報導。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種氨基功能化有序介孔碳材料及其製備方法和應用。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種氨基功能化有序介孔碳材料，所述材料具有高度有序、孔徑分布均一的孔道結構，其孔道內均勻地修飾了含氨基的矽烷基團，該基團化學式為:H)).J/(C〃2)vV7小所述材料結構如下:
[0007]
【權利要求】
1.一種氣基功能化有序介孔碳材料，其特徵在於所述材料具有聞度有序、孔徑分布均一的孔道結構，其孔道內均勻地修飾了含氨基的矽烷基團(-0).;Siiai1);Nil: ?
2.根據權利要求1所述的氨基功能化有序介孔碳材料，其特徵在於所述材料按以下步驟製備:(1)合成有序介孔碳；(2)將有序介孔碳投入到硝酸溶液中進行氧化，在50~60°C下攪拌2h，將產物抽濾、清洗，置於真空乾燥箱中乾燥；(3)將乾燥好的產物分散於無水甲苯中，加入有機矽烷偶聯劑，在85~95°C下回流24h，將產物抽濾、洗滌，置於真空乾燥箱中乾燥；(4)用稀鹽酸溶液對乾燥產物進行質子化，室溫下攪拌6h，將產物過濾後，置於真空乾燥箱中乾燥，製得氨基功能化有序介孔碳材料。
3.根據權利要求2所述的氨基功能化有序介孔碳材料，其特徵在於步驟(1)中所述的有序介孔碳採用軟模板法合成。
4.根據權利要求2所述的氨基功能化有序介孔碳材料，其特徵在於(2)步驟中所述的有序介孔碳與硝酸的摩爾比為1: 14，所述的硝酸溶液濃度為2~6mol/L，所述的真空乾燥箱的乾燥溫度為45~55°C。
5.根據權利要求2所述的氨基功能化有序介孔碳材料，其特徵在於(3)步驟中所述的有機矽烷偶聯劑為APTS，所述的APTS與有序介孔碳的摩爾比為1，所述的真空乾燥箱的乾燥溫度為45~55°C。
6.根據權利要求 2所述的氨基功能化有序介孔碳材料，其特徵在於步驟(4)中所述的稀鹽酸溶液濃度為0.2mol/L，所述的真空乾燥箱的乾燥溫度為45~55°C。
7.一種氨基功能化有序介孔碳材料的製備方法，其特徵在於通過以下步驟完成:(1)合成有序介孔碳；(2)將有序介孔碳投入到硝酸溶液中進行氧化，在50~60°C下攪拌2h，將產物抽濾、清洗，置於真空乾燥箱中乾燥；(3)將乾燥好的產物分散於無水甲苯中，加入有機矽烷偶聯劑，在85~95°C下回流24h，將產物抽濾、洗滌，置於真空乾燥箱中乾燥；(4)用稀鹽酸溶液對乾燥產物進行質子化，室溫下攪拌6h，將產物過濾後，置於真空乾燥箱中乾燥，製得氨基功能化有序介孔碳材料。
8.根據權利要求7所述的氨基功能化有序介孔碳材料的製備方法，其特徵在於步驟(I)中所述的有序介孔碳採用軟模板法合成；步驟(2)中所述的有序介孔碳與硝酸的摩爾比為1:14，所述的硝酸溶液濃度為2~6mol/L，步驟(3)中所述的有機矽烷偶聯劑為APTS，所述的APTS與有序介孔碳的摩爾比為I ;步驟(4)中所述的稀鹽酸溶液濃度為0.2mol/L ；步驟(2)-(4)中所述的真空乾燥箱的乾燥溫度為45~55°C。
9.根據權利要求7或8所述的氨基功能化有序介孔碳材料的製備方法，其特徵在於步驟⑵中所述的硝酸溶液的濃度為4mol/L。
10.一種利用權利要求1所述的氨基功能化有序介孔碳材料應用於吸附水溶液中的Cr (VI)。
【文檔編號】B01J20/30GK103599763SQ201310596076
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】李健生, 王連軍, 朱雯, 齊俊文, 陸銳, 沈錦優, 孫秀雲, 韓衛清, 劉曉東 申請人:南京理工大學