[发明专利]二氧化硅纳米复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种二氧化硅纳米复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

由于单一的物质纳米微粒体系具有的性质有限，几种物质组装的纳米结构复合体系所体现的价值正在凸显，将多种材料进行纳米尺度上的复合可扩宽纳米材料的应用领域。

纳米二氧化硅是是一种无毒、无味、无污染的非金属材料，具有低密度，低热传导性，高比面积，高耐热性，和高轻度系数等独特的性质，微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，这种特殊结构使它可与其他纳米材料进行复合，产生新的物理化学性质。

苯酚是造纸、炼焦、炼油、塑料、农药、医药合成等行业生产的原料和中间体，含酚废水对人类的危害非常严重；目前废水中苯酚处理方法一般采用光催化降解或微生物降解的方法，但现有的方法均存在处理过程复杂，苯酚转化率低等缺陷。

发明内容

本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种二氧化硅纳米复合材料的制备方法及其在废水中苯酚处理中的应用。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

二氧化硅纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、向质量分数为2％-4％的十六烷基溴化铵溶液中加入浓氨水、水、无水乙醇；搅拌均匀后加入正硅酸四乙酯，室温下继续搅拌4小时后，静置24小时后离心，取沉淀物烘干，置于480℃马弗炉加热4小时，制得二氧化硅多孔纳米粒子；所述十六烷基溴化铵、浓氨水、水、正硅酸四乙酯的质量比为0.2-0.4:0.3:20:10:1；在该配比范围内，制备得到的二氧化硅多孔纳米粒子分布均匀，比表面积大，为后续铜、锡的负载提供良好的载体，是复合材料用于废水处理的基础；

S2、配置质量分数为1％-3％氯化铜溶液，加入巯基丙酸，调节pH至11-12，加入步骤1制得的二氧化硅多孔纳米粒子，超声30-60min；所述氯化铜、巯基丙酸、二氧化硅多孔纳米粒子质量比为12-16:0.02:1；在该体系中，氯化铜、巯基丙酸均匀分散在二氧化硅多孔纳米粒子表面及孔隙中；氯化铜的投入量决定其负载量，影响合成所述二氧化硅纳米复合材料的性能，投入量过大，最终产物分散性差，不利于其在废水处理中的应用；投入量过少，铜、锡在二氧化硅多孔纳米粒子上的负载量少，应用于废水处理时，处理效果不理想，苯酚残留量高；

S3、向步骤2制备的混合物通入惰性气体，在室温搅拌条件下加入新制NaHSe，继续搅拌2-4小时，形成纳米晶核；所述NaHSe与氯化铜的物质的量之比为1:25-35；该配比决定铜、锡的掺杂比例，进而影响最终产物的性能；

S4、将步骤3制备的混合物加入微波反应器中，功率300-800W，回流反应10-30min；反应过程中，功率过低铜、锡无法顺利负载在二氧化硅多孔纳米粒子的表面和孔隙还原和沉积，功率过高，体系不稳定，负载不均匀；优选为反应条件为：功率700W,回流反应18min；

S5、将步骤4制备的混合物加入乙醇，沉降12-24小时，离心取沉淀、洗涤；

S6、将步骤5制备的固体重新分散在水中，配置成质量分数为1％-3％的溶液，调节pH为8.5-9.5，加入等体积的吡咯溶液，40-50℃条件下搅拌2-4小时后，离心取沉淀、洗涤、低温烘干，制成所述二氧化硅纳米复合材料；该步骤中，吡咯的质量为所述固体的1-2倍，其比例对二氧化硅纳米复合材料微波降解苯酚的性能产生影响。

优选地，所述步骤2采用氢氧化钠或氢氧化钾调节pH。

优选地，，所述步骤3采用的惰性气体为氮气。

优选地，所述步骤5中混合物与乙醇的体积比为1:2-4。

优选地，所述步骤6采用氨水调节pH。

优选地，步骤6所述低温烘干温度为45-55℃。

上述制备方法制得的二氧化硅纳米复合材料可用于废水中苯酚的处理。

优选地，将含苯酚的废水与所述二氧化硅纳米复合材料混合均匀后，加入微波反应器，功率600-800W，反应5-10分钟，使得苯酚降解；二氧化硅纳米复合材料表面的聚吡咯与苯酚结合，形成活化中间体，可在微波条件下，迅速降解；进一步优选：苯酚的废水与所述二氧化硅纳米复合材料的混合溶液中，二氧化硅纳米复合材料与苯酚的质量比为1:8-10。

相对于现有技术，本发明的优点如下，

本发明利用微波合成制备得到一种二氧化硅纳米复合材料，不含有毒成分，可用于处理废水中的苯酚；

本发明的制备方法简单，制备条件温和，反应装置简单，合成速率快，绿色环保；