[发明专利]改性的SBA-15介孔材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于重金属Cr(Ⅵ)吸附技术领域，尤其涉及一种改性的SBA-15介孔材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，环境污染日益剧烈，尤其是重金属污染。它不仅严重破坏生态环境，而且对人类及其他生物造成了极大的危害。其中Cr(Ⅵ)对环境造成的危害尤其甚大，它能够破坏植物细胞内的超微结构，抑制植物生长发育和光合作用，而且它具有较强的DNA破坏能力、细胞毒性以及生物积累性，它的化合物还会导致各种类型的基因突变。此外，Cr(Ⅵ)的渗透系数是水的4倍，很容易污染水体。

现有技术常采用介孔材料来吸附去除水中的Cr(Ⅵ)。它是一类孔径在2～50nm范围内的无机多孔固体材料，具有很高的比表面积、孔径大小可调、孔容较大以及表面易于进行化学改性等优点，使其在催化、生物、医药、分离等方面有广泛的应用和潜在的应用价值。其中，介孔材料SBA-15是一种二维六方结构的介孔材料，它的比表面积大，有均一的孔道直径分布，孔径可调变，壁厚且水热稳定性很高，所以SBA-15在催化、分离、生物及纳米材料等领域有广泛的应用前景。

近几年，有关介孔吸附剂材料的研究已成为一个很受关注的课题，其中对Cr(Ⅵ)有高效吸附的介孔材料已取得了一定的成果。如Damia′n等人(Pérez-Quintanilla.D.et al.Materials Research Bulletin2007,42(8),1518-1530)采用后移植法制备了2-巯基吡啶功能化的介孔材料，用于对Cr(Ⅵ)的吸附研究；后来Li等人(J.Li et al,Materials.Letters.2007,61,3197–3200)通过二步后移植法有效地提高了介孔材料对Cr(Ⅵ)的吸附容量；2008年，Li等人(J.Li et al,Microporous and Mesoporous Materials.2008,442–450)继续采用后移植法制备了氨基功能化的有机无机复合介孔材料对Cr(Ⅵ)达到405mg/g的吸附容量。

然而，现有的大多对Cr(Ⅵ)有较高吸附量的改性材料多通过2-巯基吡啶或咪唑等进行改性，不可避免地存在一定的毒性，吸附过程完成之后可能会导致二次污染，并且不能快速达到吸附平衡。

发明内容

本发明针对现有技术中的介孔材料大多采用2-巯基吡啶或咪唑等进行改性，从而存在一定的毒性、二次污染及不能快速吸附的技术问题，目的在于提供一种改性的SBA-15介孔材料，该介孔材料为赖氨酸改性的SBA-15介孔材料(简写Fmoc-SBA-15)，该改性的SBA-15介孔材料上羟基氢原子被取代基取代。其简写如式(Ⅰ)所示，

其中，x为0、1或2，n大于1。

本发明的Fmoc-SBA-15介质材料上的羟基上的氢原子被取代基取代而官能团化。在该官能团中，可含有或不含有未水解的乙氧基，即x可为0、1或2。当x=0时，1个该官能团与SBA-15介质材料上的3个羟基氧原子结合；当x=1时，1个该官能团与SBA-15介质材料上的2个羟基氧原子结合，而保留一个未水解的乙氧基；当x=1时，1个该官能团与SBA-15介质材料上的1个羟基氧原子结合，而保留两个未水解的乙氧基。

本发明的可含有多个含氨基的官能团，即式中，n大于1。鉴于SBA-15介质材料有大量羟基，本领域技术人员可以理解根据反应的投料比，可制得n为大于1的任意值的改性的SBA-15介质材料。

本发明的赖氨酸改性的SBA-15介孔材料对环境友好的，可高效快速吸附重金属离子例如Cr(Ⅵ)。且赖氨酸是生物体内一种常见的氨基酸，其与2-巯基吡啶、咪唑不同，不会造成水质的二次污染，因而环境相容性好。

本发明的另一目的在于提供一种制备本发明的改性的SBA-15介孔材料的方法，该方法依次包括如下步骤：

步骤A)将SBA-15与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)溶于甲苯中，在惰性气体保护下回流反应得NH₂-SBA-15，如反应式(ⅰ)；

步骤B)在N,N-二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)催化剂作用下，将NH₂-SBA-15与6-芴甲氧羰基氨基-2-叔丁氧羰基氨基己酸(N-α-Fmoc-N-ε-Boc-L-赖氨酸)在惰性气体保护下在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中反应得Lys-SBA-15，如反应式(ⅱ)；