本發(fā)明專利技術(shù)屬廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種除汞用納米多孔二氧化硅－聚間苯二胺復合薄膜及其制備方法。該復合薄膜由二氧化硅納米多孔薄膜表面用溶液共混法涂布一層或多層聚間苯二胺的有機溶液，再經(jīng)烘干處理而獲得。復合薄膜材料具有優(yōu)異的高濃度汞離子吸附性能和優(yōu)異的痕量汞離子吸附性能，而且材料的力學強度高、使用壽命長、傳質(zhì)性能和抗老化性能好，是新一代高性能高效除汞產(chǎn)品，可應用于濃度較高的含汞污水的處理領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)方法制備工藝簡便、生產(chǎn)效率高、薄膜質(zhì)量高、成本低，便于規(guī)模化生產(chǎn)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬廢水處理
，具體涉及一種除汞用納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合 薄膜材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
汞在造紙、涂料、化妝品、防腐劑、溫度計、壓力表、熒光燈和電池等工業(yè)領(lǐng)域中的 應用越來越廣泛，同時，汞也會帶來一種嚴重的環(huán)境污染問題。在所有工業(yè)重金屬污水排 放中，汞是對環(huán)境影響最大的一種污染物質(zhì)。據(jù)估計，全球每年自然界、人為和海洋噴射 等新增加的汞污染高達5500噸，因此含汞廢水的處理，直接關(guān)系到人類的身心健康。如 何高效的處理汞，成為了人類面臨的極為重要的難題。采用化學氧化聚合法合成的聚間苯二胺對汞離子有著良好的吸附性能(黃美榮，陶濤， 李新貴，聚間苯二胺用作汞離子吸附劑，公開號CN101053823)。但由于生成的初生聚合 物本身為粉末狀，直接使用存在諸多不便。因此，有人研究將其包埋成毫米級以上顆粒， 以便于固液分離，使其在廢水處理領(lǐng)域具有真正的實際應用潛力。中國專利技術(shù)專利 CN101091909報道了一種用聚乙烯醇包埋聚間苯二胺吸附劑的方法，該包埋吸附劑可用于 吸附汞離子，它的靜態(tài)吸附容量可達189mg/g，去除率達94%，但是該聚合物吸附劑的力 學和機械性能較差，多次使用后其壽命和汞離子吸收性能會急劇下降。采用聚乙烯醇-硼酸 交聯(lián)包埋方法包埋聚間苯二胺(CN101053824)，由于交聯(lián)的作用會使得包埋小球的機械強 度高，使用壽命長，彈性好，但是同時交聯(lián)作用又會使得包埋小球內(nèi)部生成致密的網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，影響了小球的傳質(zhì)性能，而且包埋后吸附劑的吸附性能與聚間苯二胺粉末相比有所下 降。另外，聚間苯二胺用作汞離子吸附劑的工作效率都與其工作環(huán)境和汞的初始濃度密切 相關(guān)，CN1803276公開的一種汞離子吸附劑聚間苯二胺，其飽和吸附容量可達2863mg/g， 但其對高濃度的汞離子吸附平衡時間長達50小時。另外，如何成功吸附高濃度汞離子(例 如20g/L)，仍然是聚間苯二胺類吸附劑一個急需解決的難題。因此仍然需要發(fā)展替代的高 吸附容量、快吸附速率、強度高、化學穩(wěn)定性好、成本低廉和使用方便的除汞用聚間苯二 胺材料體系及其制備技術(shù)。近年來具有有序納米多孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅薄膜材料(CN 1341550A， CN 1341553A，CN 1348920A， CN 1346792A， CN 1347845A)，由于比表面積大、表面易于修飾、孔道一 維或三維連通，在分離、傳感、催化等多方面具有良好的應用前景。如果將之與聚間苯二 胺進行復合改性，必然會在汞離子的吸附性能、力學強度、使用壽命、傳質(zhì)性能等問題上 帶來新的突破和進展，目前國內(nèi)外還沒有關(guān)于除汞用納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合薄 膜及其制備方法的公開文獻報道和專利申請。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種力學強度高、使用壽命長、 吸附性能好的。本專利技術(shù)提出的納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合薄膜由下述方法制備獲得先采用酸 性催化和混合非離子表面活性劑的液晶模板作用形成比表面積大、孔隙率高的二氧化硅納米多孔薄膜材料；再采用溶液共混法(浸涂法、輥涂法或刮涂法)在二氧化硅多孔薄膜材料表面涂布一層或多層聚間苯二胺的有機溶液，經(jīng)過烘干處理，即制得納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合薄膜材料；其中，納米多孔二氧化硅基體與聚間苯二胺的質(zhì)量比為1:0.1-1:5.0。本專利技術(shù)提出的納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合薄膜材料的制備步驟如下(1) 在250mL裝有溫度計、冷凝器、攪拌器、通氮氣的四口燒瓶中，加入100mL揮發(fā) 性非水溶劑，室溫條件下加入0.5 10mL鹽酸和0.1 5mL水，攪拌5 45分鐘，然后加 入5 50g硅源，反應2 12小時，制得硅溶膠；同時將1 g非離子表面活性劑和0.5~10.0g 同樣揮發(fā)性非水溶劑混和，室溫下攪拌5 15分鐘，得表面活性劑溶液；然后將上述制得 的硅溶膠和非離子表面活性劑溶液混合均勻，經(jīng)過溶膠、凝膠以及模板自組裝過程，形成 兩維及三維有序的有機-無機復合膜材料；膜材料經(jīng)老化，再由乙醇抽提除去表面活性劑， 即得比表面積大、孔隙率高的二氧化硅納米多孔薄膜材料。(2) 采用化學氧化聚合法制備得到聚間苯二胺。將O. lmol (質(zhì)量10.9g)間苯二胺單 體溶解在180-220mL蒸餾水中，室溫超聲5 15分鐘，促使其充分溶解。將0. lmol (質(zhì)量 22.8g)的氧化劑過硫酸銨溶解在80-120mL蒸餾水中。將上述過硫酸銨溶液加到上述單體 溶液中，室溫反應12 48小時，抽濾，并用蒸餾水在漏斗中清洗干凈。將產(chǎn)物在50-70。C 真空干燥完全，得到聚間苯二胺粉末。將該聚間苯二胺粉末溶解于N， N' -二甲基乙酰胺 溶劑中，得到濃度為5mg/mL 500mg/mL的聚間苯二胺溶液。(3) 采用溶液共混方法在上述二氧化硅納米多孔薄膜材料表面涂布一層或多層聚間 苯二胺的N， N' -二甲基乙酰胺溶液，再經(jīng)過烘干處理，最后制得一種納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合薄膜。本專利技術(shù)方法中，采用酸性催化、依靠硅源的水解縮聚作用，非離子表面活—性劑的液晶 模板作用形成高度有序的兩維及三維納米多孔材料。其中硅源可選擇正硅酸甲酯、正硅酸 乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯之一種， 一般選用正硅酸乙酯。反應母液的pH值控制為 1~2比較好。采用混合非離子表面活性劑為結(jié)構(gòu)導向劑和揮發(fā)性非水反應體系的溶劑。非 離子表面活性劑可選用Pluronic系列、Brij系歹U、 Polyglycol系歹U、聚氧乙烯垸基胺、Tetronic 系列或Triton系列等。揮發(fā)性非水溶劑采用低沸點、高極性的有機溶劑，如乙醇、四氫呋 喃、二氧六環(huán)或乙腈，或其中幾種的混合物。本專利技術(shù)方法中，去除表面活性劑采用乙醇回流抽提除，并將產(chǎn)物于室溫干燥。 本專利技術(shù)中制得的二氧化硅納米多孔薄膜材料，其孔徑可在1.0nm到5nm間調(diào)控，比 表面積最高可達680m2/g，孔體積最高可達0.6cm3/g，膜材料為兩維六角結(jié)構(gòu)或三維立方結(jié) 構(gòu)。本專利技術(shù)提出的納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合薄膜材料，它不僅能保證聚間苯二胺 吸附劑具有足夠的力學強度和尺寸穩(wěn)定性等物理與力學性能，而且它能顯著提高聚間苯二胺材料在高濃度汞離子存在下對汞離子的吸附性能，和在微/痕量汞離子環(huán)境下對汞離子的 有效吸收性能。本專利技術(shù)提出的納米多孔二氧化硅-聚間苯二胺復合薄膜材料，它兼有納米多孔二氧化硅 的高比表面積和孔徑可控等優(yōu)點，和聚間苯二胺的低成本、汞吸附性能好、以及易于制作 成型等優(yōu)點，使得它們適用于將來的批量生產(chǎn)和商業(yè)化應用。本專利技術(shù)方法簡便易行，而且 合成效率高，所制備的二氧化硅薄膜性能優(yōu)異，可大大擴展其應用范圍，尤其在分離、催 化、傳感器等方面有廣泛應用。本專利技術(shù)的優(yōu)點在于(1)它能顯著提高聚間苯二胺吸附劑在高濃度汞離子環(huán)境下對汞 離子的吸附性能，和在微/痕量汞離子環(huán)境下聚間苯二胺對汞離子的有效吸收性能。(2)它 將保證聚間苯二胺吸附劑具有足夠的力學強度和尺寸穩(wěn)定性等物理與力學性能。(3)該納 米多孔二氧化硅-聚間苯二胺薄膜兼有納米多孔二氧化硅的高比表面積和孔徑可控等優(yōu)點， 和聚間苯二胺的低成本、汞吸附性能好、以及易于制作成型等優(yōu)點，使得它們適用于將來 的批量生產(chǎn)和商業(yè)化應用，是新一代高性能高效除汞產(chǎn)品，可應用于本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種除汞用納米多孔二氧化硅－聚間苯二胺復合薄膜，其特征在于由下述方法制備獲得：先采用酸性催化和混合非離子表面活性劑的液晶模板作用形成比表面積大、孔隙率高的二氧化硅納米多孔薄膜材料；再采用溶液共混法在二氧化硅多孔薄膜材料表面涂布一層或多層聚間苯二胺的有機溶液，經(jīng)過烘干處理，即制得納米多孔二氧化硅－聚間苯二胺復合薄膜材料；其中，納米多孔二氧化硅基體與聚間苯二胺的質(zhì)量比為１∶０．１－１∶５．０。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊正龍，浦鴻汀，袁俊杰，
申請(專利權(quán))人：同濟大學，
類型：發(fā)明
國別省市：31[中國|上海]
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