[发明专利]巯基功能化MCM-41分子筛及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及污水中离子吸附领域，公开了一种巯基功能化MCM‑41分子筛及其制备方法和应用。所述巯基功能化MCM‑41分子筛的FT‑IR谱图中，在463cmsupgt;‑1/supgt;、807cmsupgt;‑1/supgt;和1088cmsupgt;‑1/supgt;处呈现出Si‑O‑Si的对称振动峰和非对称振动峰，在1634cmsupgt;‑1/supgt;处呈现出MCM‑41分子筛吸附水的振动峰，在2355cmsupgt;‑1/supgt;处呈现出巯基与硅羟基的孔道内振动峰。采用本发明的制备方法能够将巯基基团嫁接至MCM‑41分子筛内部且不影响巯基功能化MCM‑41分子筛的有序度，以及在巯基基团的修饰的同时能够将模板剂脱除。

技术领域

本发明涉及污水中离子吸附领域，具体涉及一种巯基功能化MCM-41分子筛及其制备方法和应用。

背景技术

MCM-41分子筛自20世纪90年代初被合成以来，由于其具有规则的六方孔道结构、狭窄的孔径分布、极高的比表面积以及孔壁较厚、孔径可调、具有较高的化学稳定性和水热稳定性，成为研究最多的一类介孔硅基材料。介孔材料的有机官能化具有介孔材料和其所搭载的有机基团协作互补的特性：有机基团提供材料所希望获得的表面特性或反应活性，而无机的介孔硅骨架为材料提供了结构稳定性、化学惰性和可控的孔道结构、高的比表面积与分布均一的孔径。MCM-41分子筛表面含有的自由硅羟基-SiOH和＝Si(OH)₂能与硅烷耦合剂反应，将烷基、氨基、巯基等官能团引入介孔孔道中，而且这些活性基团还可以进一步反应引入不同的功能基团，从而开发出新的功能材料。

现有的技术一般都是通过后嫁接法或者共缩聚法将巯基功能团改性至分子筛表面或者孔道内部，其中后嫁接法是通过使有机功能基团与介孔材料孔道表面的硅羟基产生缩合反应，生成相应的共价键，而将功能基团固定在介孔孔壁上。这种改性方法并没有破坏原介孔材料的孔道结构，能够接入较多的有机功能基团，但该方法制备的改性介孔材料表面功能基团的分布很不均匀，大部分聚集在孔道外表面和内表面靠近孔口的区域，而分布在孔道内部的功能基团含量较少。而共缩聚法是在由模板剂和硅源组成的溶胶中直接加入功能有机改性剂进行反应，即在含硅源和模板剂的体系中直接加入改性剂，使之能够和正硅酸酯同时水解并相互产生交联，经过一定时间的反应后，将体系放置于高压反应釜内晶化，通过自组装过程，形成含有机功能基团的改性介孔材料。但是采用共缩聚法制备的功能化材料通常存在有序度差的缺点，并且有序度会随着有机基团引入量的增加而降低。

更重要的是无论是共缩聚法还是后嫁接法，都存在着要处理模版剂的问题，而巯基基团的存在使得不能用常规的焙烧方式去除模版剂，而采用萃取的方式一是增加了一道工序，增加了成本，同时在萃取的过程中还会造成催化剂的损失。

因此，研究和开发一种巯基功能化MCM-41分子筛的制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的采用后嫁接法制备的改性介孔材料表面功能基团分布在孔道内部的功能基团含量较少的缺陷问题，采用共缩聚法制备的功能化材料通常存在有序度差的缺陷问题，提供一种巯基功能化MCM-41分子筛及其制备方法和应用，该制备方法能够将巯基基团嫁接至MCM-41分子筛内部且不影响巯基功能化MCM-41分子筛的有序度，另外，在巯基基团的修饰的同时能够将孔道内模板剂交换到了孔道外，省去去除模板剂这一过程，节省成本。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种巯基功能化MCM-41分子筛，其中，所述巯基功能化MCM-41分子筛的FT-IR谱图中，在463cm^-1、807cm^-1和1088cm^-1处呈现出Si-O-Si的对称振动峰和非对称振动峰，在1634cm^-1处呈现出MCM-41分子筛吸附水的振动峰，在2355cm^-1处呈现出巯基与硅羟基的孔道内振动峰。

本发明第二方面提供了一种巯基功能化MCM-41分子筛的制备方法，其中，所述的制备方法包括：