[发明专利]双官能团功能化炭基磁性介孔氧化硅材料的制备及其应用

摘要

本发明涉及双官能团功能化磁性炭基介孔氧化硅材料的制备方法及其在含铀废水处理中的应用。具体是以啤酒酵母菌为生物大孔模板、以三嵌段聚合物P123为介孔相模板，采用双模板法制备介孔氧化硅SBA-15。再以介孔氧化硅SBA-15为模板，采用纳米浇筑技术在硬模板中分别填入不同质量比的铁源和炭源作为前驱物，经过原位聚合反应，制备合成介孔结构有序的磁性炭基介孔氧化硅。为了扩展磁性炭基介孔氧化硅材料的应用范围，使用[3-(三甲氧基硅烷)丙基]脲（UPTS）和氨丙基三乙氧基硅烷（APS）有机试剂对其表面的Si-OH进行后嫁接改性，使其具有吸附和配位反应双重功能。本发明所得的双官能团功能化磁性炭基介孔氧化硅材料介孔孔道规整有序，比表面积大，在铀矿冶含铀废水处理和铀回收等方面具有十分重要的实践意义。

主权项

双官能团功能化磁性炭基介孔氧化硅材料的制备，其特征在于，首先采用双模板法，以啤酒酵母菌为生物大孔模板、以三嵌段聚合物P123为介孔相模板，制备合成介孔氧化硅SBA‑15，再以SBA‑15为硬模板，采用纳米浇筑技术在硬模板中分别填入铁源和炭源作为前驱物，经过原位聚合反应，然后再使用氢氟酸作为刻蚀剂除去模板，制备合成介孔结构有序的磁性炭基介孔氧化硅，再使用3‑三甲氧基硅烷丙基脲和氨丙基三乙氧基硅烷有机试剂，采用后嫁接法对其进行有机功能化改性，即可得到双官能团功能化磁性炭基介孔氧化硅材料，具体步骤如下：（1）双模板制备介孔氧化硅SBA‑15  称取一定质量的啤酒酵母废弃菌丝体，经过80 ^oC高温灭菌100 min后，使用蒸馏水和无水乙醇清洗3次，将所得啤酒酵母菌菌体分散在装有100 mL蒸馏水的250 mL烧杯中，然后将10 mL质量浓度为35% 浓盐酸加入烧杯中，并向其中加入三嵌段聚合物P123，在30 ^oC恒温水浴下磁力搅拌直至P123完全溶解盐酸溶液中，随后往其中加入6.5 g正硅酸乙酯，在45 ^oC恒温水浴下继续磁力搅拌1.5 h，此时烧杯出现了大量的乳白色沉淀，然后将烧杯放入30^oC的恒温鼓风干燥箱中继续反应12 h，再将悬浮液转移至聚四氟乙烯反应釜中反应2.0 h，随后在60 ^oC的恒温鼓风干燥箱中继续老化48 h，取出后减压过滤，使用蒸馏水和无水乙醇将所得到的沉淀各洗涤3次，将乳白色沉淀在60 ^oC的恒温鼓风干燥箱中继续干燥15 h，然后将干燥后得到的乳白色粉末置于540^oC的马弗炉中焙烧6.0h，去除模板即得到介孔氧化硅SBA‑15；（2）磁性炭基介孔氧化硅的制备将可溶性三价铁盐与糖类放入装有100 mL蒸馏水的250 mL三口瓶中，随后加入20 g 无水乙醇溶液进行超声分散2.5 h，并使用浓度为25%的氨水调节溶液的pH值为9.0，在超声分散过程中加入1.25 g经过高温煅烧的介孔氧化硅SBA‑15，调节混合溶液的温度为80 ^oC，控制反应时间为6 h，然后将反应混合溶液经过10000 r/min的离心机进行离心分离10 min，随后使用蒸馏水洗涤6次，再将所得的固体样置于50^oC恒温鼓风干燥箱中烘干，研磨得到初产物，使用质量浓度10% 氢氟酸作为刻蚀剂，对初产物进行刻蚀除去介孔氧化硅模板，即得磁性炭基介孔氧化硅；（3）磁性炭基介孔氧化硅的有机功能化改性将3.0 g磁性炭基介孔氧化硅悬浮于100 mL甲苯溶液中，然后装于500 mL三口烧杯中，随后加入50 mL无水乙醇和质量浓度为35% 浓盐酸进行超声分散，充分搅拌2.5h，再将质量浓度为20%UPTS溶液和质量浓度为50%APS溶液缓慢加入三口烧瓶中，充分搅拌2.0h，水浴加热至100 ^oC，使甲苯溶液回流5.0 h，冷却至室温，减压过滤，使用蒸馏水和无水乙醇将沉淀洗涤各3次，在60 ^oC的恒温鼓风干燥箱中进行烘干12h，即可得到双官能团功能化磁性炭基介孔氧化硅材料。