《一种去除废水中CR的块状硅基气凝胶的常压制备方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种去除废水中CR的块状硅基气凝胶的常压制备方法.pdf(8页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103073007 A(43)申请公布日 2013.05.01CN103073007A*CN103073007A*(21)申请号 201210395301.X(22)申请日 2012.10.17C01B 33/16(2006.01)C02F 1/62(2006.01)C02F 101/22(2006.01)(71)申请人江苏大学地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人陈敏 朱建军 吴寅寅 谢吉民姜德立 魏巍(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人楼高潮(54) 发明名称一种去除废水中Cr的块状硅基气凝胶的常压制备方法。
2、(57) 摘要本发明涉及一种去除废水中Cr的块状硅基气凝胶的常压制备方法,属于新材料制备技术领域。本发明是通过常压干燥方法制备能够吸附废水中Cr3+的块状硅基气凝胶。用此方法制备的硅基气凝胶,成块性良好,比表面积大,对废水中Cr3+的去除能力强。与超临界干燥方法相比,本方法具有反应条件温和、工艺流程简便、反应容易控制、成本低廉的优点。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图3页(10)申请公布号 CN 103073007 ACN 103073007 A1/1页21.一种去除废水中Cr的块状。
3、硅基气凝胶的常压制备方法,其特征在于按照下述步骤进行:一、块状硅基气凝胶制备方法如下:(1)将正硅酸四乙酯,无水乙醇,0.008mol/L草酸按照1:0.6:0.2的体积比混合于烧杯中,将烧杯封口,置于50水浴中磁力搅拌12h;(2)逐滴缓慢加入一定量氨水,静置约40min,溶胶逐渐凝胶,立即加入无水乙醇浸泡36h;其中每12h换无水乙醇一次;以老化凝胶,并置换出凝胶中的水及其他未反应完原料,(3)36h后利用表面张力更低的正己烷继续浸泡凝胶36h,其中每12h换正己烷一次,继续老化,并置换出凝胶中的乙醇;溶剂交换之后,利用1:15的六甲基二硅胺烷/正己烷改性剂在50下浸泡凝胶24h以对凝胶进。
4、行表面改性,改性结束之后再用正己烷浸泡凝胶24h,其中每12h换一次以除去凝胶中未完全反应的改性剂;(4)最后将烧杯用带针孔的铝箔封口后,置于60无风干燥箱中进行干燥96h后,逐步升温至180,干燥3h得到块状硅基气凝胶;二、块状硅基气凝胶去除废水中Cr3+的方法如下:(1)分别配制2 mg/L、4 mg/L、6 mg/L、8 mg/L、10 mg/L Cr(NO3)3溶液,利用原子吸收光谱法测绘得到其标准曲线,并利用此标准曲线测算经气凝胶吸附后的废水中Cr3+含量;(2)在20mL 含Cr3+为7mg/L的废水中,当气凝胶的用量为1g、吸附时间为20 h、pH为6.0时,气凝胶对废水中Cr3。
5、+吸附效率最高,达到99%以上,残留Cr3+浓度仅为0.07mg/L,低于国家污水综合排放标准对Cr3+的限定值。权 利 要 求 书CN 103073007 A1/3页3一种去除废水中 Cr 的块状硅基气凝胶的常压制备方法技术领域0001 本发明属于新材料制备技术领域,特别涉及一种去除废水中Cr3+的块状硅基气凝胶的常压制备方法,特指利用常压干燥方法制备能够高效去除废水中Cr3+的块状硅基气凝胶。 背景技术0002 SiO2气凝胶为轻质纳米多孔性非晶固态材料,具有许多优异的性能,如孔隙率高(99%)、密度低(0.3 g/cm3)、比表面积大(1 600 m2/g)、热导率低(0.02 W/mK。
6、)、声速低(100 m/s)、折光率低(1.011.10)等。因此SiO2气凝胶在隔热材料、声阻抗耦合材料、火箭液体推进剂的存储介质、Cherenkov探测器、催化剂及催化剂载体、高效隔热材料及制备高效可充电电池等领域具有广泛的应用前景,同时作为吸附剂在废水处理、空气净化和核废弃物处理中也有很好的应用前景。 0003 目前,国内外制备SiO2气凝胶通常都以硅酸酯为原料,采用溶胶-凝胶法,经超临界干燥制得。但是超临界干燥设备要求高,存在不安全因素等,且所制得气凝胶容易吸收水分而大大影响其性能,大规模应用受到很大制约。 0004 随着工业的发展,重金属离子对环境造成的污染日益严重,对人类的安全也形。
7、成了极大的威胁,寻求经济的处理方法就显得尤为重要,铬是一种存在于矿冶、电镀、印染废水中的重金属,可通过皮肤、呼吸道等途径侵入人体,引起病态反应及具有强致癌作用。铬离子在水中主要以Cr3+和Cr6+的形式存在,Cr3+的毒性要低于Cr6+,但是Cr3+可以被氧化成具有强致癌性的Cr6+,所以工业废水中的Cr3+对环境及生物危害极大。目前Cr3+的处理方法有化学法(沉淀法、铁氧化法、电解还原法)、物理化学法(膜分离法、离子交换法、吸附法)、生物法(好氧处理法、厌氧处理法)等,其中吸附法由于具有操作简单、成本低、无二次污染等特点而被广泛应用。Huijuan Liu等人(Colloid and Sur。
8、face A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2009,347(1-3)38-44)研究了SiO2气凝胶对有毒有机物的吸附性能;王碧等人(Journal of Sichuan Vocational and Technical College, 2011, 21(3)117-118)利用高分子絮凝剂处理含Cr3+的废水;李闻欣等人(中国皮革,2011,40(17)36-39)研究了废羊毛对Cr3+的吸附性能。 0005 迄今为止,尚未有利用常压制备的块状硅基气凝胶来处理含有Cr3+的废水的报道。本研究表明:利用常压干燥制备的块状硅基气凝胶对Cr3。
9、+的去除率达到99%,能够有效处理含Cr3+的废水。 发明内容0006 本发明的目的是利用常压制备能有效去除废水中Cr3+的块状硅基气凝胶。而不同改性剂、不同比例改性的硅基气凝胶对于Cr3+的吸附性能有明显差异,因此常压制备对Cr3+吸附性能最为优异的块状硅基气凝胶是本发明的基本内容,以下这种常压制备的硅基气凝胶对Cr3+的吸附性能最佳,为含Cr3+的废水处理提供了一种新材料。 说 明 书CN 103073007 A2/3页40007 一种去除废水中Cr的块状硅基气凝胶的常压制备方法,按照下述步骤进行: 一、块状硅基气凝胶制备方法如下:(1)将正硅酸四乙酯,无水乙醇,草酸(0.008mol/L。
10、)按照1:0.6:0.2的体积比混合于烧杯中,将烧杯封口,置于50水浴中磁力搅拌12h;(2)逐滴缓慢加入一定量氨水,静置约40min,溶胶逐渐凝胶,立即加入无水乙醇浸泡36h(每12h换无水乙醇一次)以老化凝胶,并置换出凝胶中的水及其他未反应完原料,(3)36h后利用表面张力更低的正己烷继续浸泡凝胶36h(每12h换正己烷一次),继续老化,并置换出凝胶中的乙醇。溶剂交换之后,利用1:15的六甲基二硅胺烷/正己烷改性剂在50下浸泡凝胶24h以对凝胶进行表面改性,改性结束之后再用正己烷浸泡凝胶24h(每12h换一次)以除去凝胶中未完全反应的改性剂。0008 (4)最后将烧杯用带针孔的铝箔封口后,。
11、置于60无风干燥箱中进行干燥96h后,逐步升温至180,干燥3h得到块状硅基气凝胶。 0009 二、块状硅基气凝胶去除废水中Cr3+的方法如下: 1、分别配制2 mg/L、4 mg/L、6 mg/L、8 mg/L、10 mg/L Cr(NO3)3溶液,利用原子吸收光谱法测绘得到其标准曲线,并利用此标准曲线测算经气凝胶吸附后的废水中Cr3+含量。0010 2、在20mL 含Cr3+为7mg/L的废水中,当气凝胶的用量为1g、吸附时间为20 h、pH为6.0时,气凝胶对废水中Cr3+吸附效率最高,达到99%以上,残留Cr3+浓度仅为0.07mg/L,低于国家污水综合排放标准对Cr3+的限定值。 0。
12、011 本发明的优点:本发明是通过常压干燥方法制备能够吸附废水中Cr3+的块状硅基气凝胶。常压干燥相比超临界干燥具有成本低、操作简单、安全性高等优点,且如图1、图2所示,利用常压制备的块状气凝胶呈多孔状、骨架疏松、比表面积大(ABET=770.5 m2/g)、吸附率高、不会造成二次污染,为去除废水中Cr3+的一种理想材料。0012 附图说明:图1:常压制备的块状硅基气凝胶扫描电镜、透射电镜图;图2:常压制备的块状硅基气凝胶N2吸附-脱附等温线;图3:Cr3+的标准曲线图;图4:气凝胶的用量对吸附率的影响;图5:吸附时间对吸附率的影响;图6:pH对吸附率的影响。0013 具体实施方式0014 下。
13、面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。 0015 将正硅酸四乙酯,无水乙醇,草酸(0.008mol/L)按照1:0.6:0.2的体积比混合于烧杯中,将烧杯封口,置于50水浴中磁力搅拌12 h。逐滴缓慢加入一定量氨水,静置约40min,溶胶逐渐凝胶,立即加入无水乙醇浸泡36 h(每12h换无水乙醇一次)以老化凝胶,并置换出凝胶中的水及其他未反应完原料,36 h后利用表面张力更低的正己烷继续浸泡凝胶36 h(每12h换正己烷一次),继续老化,并置换出凝胶中的乙醇。溶剂交换之后,利用说 明 书CN 103073007 A3/3页51:15的六甲基二硅胺烷/正己烷改性剂在50下浸泡凝胶24 h以对凝。
14、胶进行表面改性,改性结束之后再用正己烷浸泡凝胶24h(每12h换一次)以除去凝胶中未完全反应的改性剂。最后将烧杯用带针孔的铝箔封口后,置于60无风干燥箱中进行干燥96 h后,逐步升温至180 ,干燥3 h得到块状硅基气凝胶如图1所示,图2、图3为制得的块状硅基气凝胶的表征图片,由图可知,制备的块状硅基气凝胶为具有开口管道的纳米多孔材料,骨架疏松,比表面积大。 0016 利用制得的块状硅基气凝胶来处理含Cr3+废水,实验结果如下: 1、分别配制2 mg/L、4 mg/L、6 mg/L、8 mg/L、10 mg/L Cr(NO3)3溶液,利用原子吸收光谱法测绘其标准曲线,并利用此标准曲线测算经吸附。
15、后的模拟废水的Cr3+含量。根据原子吸收光谱测量结果得出Cr3+标准曲线如图4所示,拟合曲线的线性相关系数为0.99952。0017 2、分别取0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g气凝胶于锥形瓶中,加入20mL、7mg/L的模拟含Cr3+废水,置于恒温振荡箱中振荡20h,过滤、利用原子吸收测量残留的Cr3+浓度。由图5可以看出,残留Cr3+浓度随气凝胶用量的增加不断降低,而吸附率随气凝胶用量的增加不断增大。当气凝胶的用量为1g时,模拟废水中残留的Cr3+最低(0.07mg/L),吸附率为99.0%。继续增加气凝胶用量,残留浓度和吸附率都基本保持不变。 0018 3、取适量。
16、7mg/L的Cr(NO3)3溶液,加入足量的气凝胶样品,每间隔一小时取样一次,测定残留Cr3+浓度,实验结果如图6所示,可以看出,残留Cr3+浓度随吸附时间的增加不断降低,而吸附率随吸附时间的增加不断增大。20小时后达到吸附平衡,模拟废水中残留的Cr3+最低,吸附率达最高。 0019 4、利用气凝胶吸附模拟废水中的Cr3+时,pH对吸附率的影响如图所示。由于当pH大于6时,溶液中的Cr3+将逐渐转化为Cr(OH)3沉淀,因此实验均在pH6的条件下进行。图4显示,Cr3+的残留浓度随着pH的增大不断降低,吸附率相应地不断增大,当pH为6.0时吸附率最高,达到99.13%,残留的Cr3+浓度仅为0.07mg/L。 说 明 书CN 103073007 A1/3页6图1图2说 明 书 附 图CN 103073007 A2/3页7图3图4说 明 书 附 图CN 103073007 A3/3页8图5图6说 明 书 附 图CN 103073007 A。