專利名稱：巰基官能化二氧化硅中空微球作為汞離子吸附劑的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巰基官能化二氧化硅中空微球作為汞離 子吸附劑的用途。
背景技術(shù)：
汞離子是現(xiàn)代工業(yè)中劇毒的污染物之一。水中汞污染物的來源于含汞礦物的開采、冶 煉、各種汞化合物的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。在冶金、化工、化學(xué)制藥、儀表制造、電氣、木材 加工、造紙、油漆、顏料、紡織、制革、炸藥等工業(yè)的含汞生產(chǎn)廢水都可能是環(huán)境水體中 汞的污染源。氯堿工業(yè)中由水銀電極電解工段中排出的水中含有較高濃度的汞。
通過呼吸道攝入人體的氣態(tài)汞是高毒的；人體組織和血紅細(xì)胞能將單價(jià)汞氧化為具有 高度毒性的二價(jià)汞；有機(jī)汞化合物是高毒性的，例如20世紀(jì)50年代和60年代在日本出 現(xiàn)的水俁病即是由甲基汞中毒引起的神經(jīng)性疾病。這種疾病是由于工廠(如乙醛生產(chǎn)工廠) 廢液中甲基汞排入水系，又通過食物鏈濃集于魚體內(nèi)，最后被人經(jīng)口攝取所致。汞及其化 合物的毒性主要出自于它們對(duì)含硫化合物的高度親和能力，因此在進(jìn)入生物體后，就會(huì)破 壞酶和其它蛋白質(zhì)的功能并影響其重新合成，由此引起各種有害后果。甲基汞的毒性表現(xiàn) 還有其特異之處，進(jìn)入人體渡過急性期后，可有幾周到數(shù)月的潛伏期，然后顯示腦和神經(jīng) 系統(tǒng)的中毒癥狀，而且難以痊愈。此外，甲基汞還能通過母體影響胎兒的神經(jīng)系統(tǒng)，使出 生嬰兒有智能發(fā)育障礙、運(yùn)動(dòng)機(jī)能受損、流涎等腦性小兒麻痹樣癥。隨著電鍍、制革、染 料和防腐等工業(yè)的發(fā)展，重金屬汞對(duì)水體的污染越來越嚴(yán)重，因此如何使廢水中的汞含量 降低到排放標(biāo)準(zhǔn)以下，消除汞的危害并且有效地回收廢水中的汞是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)工作中面 臨的一個(gè)非常突出的問題。
近年來國內(nèi)外報(bào)道含汞廢水處理方法包括沉淀法、吸附法、混凝法、電解法、液膜法、 生態(tài)鏈法、生物工程法、離子交換法，不溶性絡(luò)合物法，電解法，反滲透法，氣浮法，化 學(xué)沉淀法，吸附法。這些處理方法各具優(yōu)點(diǎn)。從去除效率來看，最好的為吸附法。而非金 屬礦物材料的吸附法，是通過投加非金屬礦物吸附劑去除水體中的重金屬離子。它有材料 來源廣、價(jià)廉、節(jié)能和吸附去除率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，用非金屬礦物材料去除污水中重金屬 離子成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
許多文獻(xiàn)報(bào)道了制備的吸附劑對(duì)汞吸附性能的研究。目前報(bào)道的汞離子最大吸附容量的是聚l,8-萘二胺作為滎離子吸附劑，其汞離子吸附容量為2863mg/g (李新貴、易輝、黃美 榮，聚l，8-萘二胺作為汞離子吸附劑的用途，申請(qǐng)?zhí)?00510110692)。其他較高吸附容量 的為黃海蘭等制備的巰基樹脂，其汞離子吸附容量為1166mg/g(黃海蘭，曲榮君.巰基樹 脂對(duì)重金屬離子的吸附性能.Ion exchange and adsorption, 2004, 20(2): 113~118.)。 Chang等 制備的戊二醛固化的含殼聚糖藻元酸凝膠的汞離子的吸附容量為667 mg/g (Chang Y. H., Huang C. F., Hsu W. J.， Chang F.C. Removal of Hg2+ from aqueous solution using alginate gel containing chitosan. Journal of applied polymer science, 2007， 104, 2896~2905.) Merrifield等 制備的巰基接枝殼聚糖汞離子的吸附容量達(dá)到1600mg/g (Merrifield J. D., Davids W. G., MacRae J. D. Amirbahman A. Uptake of mercury by thiol-grafted chitosan gel bead, Water Research, 2004, 38(13), 3132~3138.)。
本專利所報(bào)道的巰基功能化中空二氧化硅微球用作吸附劑，可用于對(duì)廢水中重金屬汞 離子的去除。這是一種新型高效的汞金屬離子吸附劑。在低濃度下，汞離子吸附性能優(yōu)異， 這種材料對(duì)汞離子的吸附能力最高可達(dá)到3477mg/g，最高吸附率達(dá)99.96%，吸附后的濃 度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)(0.05mg/L)，同時(shí)這種材料具優(yōu)異的再生能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種巰基官能化二氧化硅中空微球作為汞離子吸附劑的用途。
本發(fā)明中，巰基官能化二氧化硅中空微球的具體制備方法如下
首先取5 10g帶正電荷的聚苯乙烯微球?yàn)槟０澹尤氲揭掖既軇┲?，然后加入l 15ml 氨水，然后將混合物倒入三口燒瓶，并向體系內(nèi)通入氮?dú)?，之后將體系溫度升至50 60'C; 然后向體系中加入帶有巰基的硅烷偶聯(lián)劑Y-巰丙基三乙氧基硅烷或Y-巰丙基三甲氧基硅 烷，該硅熔偶聯(lián)劑在聚苯乙烯微球表面水解縮聚，形成一層帶有巰基官能團(tuán)的二氧化硅殼 層，并同時(shí)把聚苯乙烯模板球刻蝕掉，最終形成巰基官能化二氧化硅中空微球。
本發(fā)明的巰基官能化二氧化硅中空微球可以作為汞離子的吸附劑，用于對(duì)汞離子的吸
附，具體采用靜態(tài)吸附法，實(shí)驗(yàn)步驟如下
將巰基官能化二氧化硅中空微球懸浮液超聲分散均勻，取固含量為20—100mg的懸浮 液，加入到100ml錐形瓶中，調(diào)節(jié)溶液的pH值為2 — 7，用移液管移取濃度為10m/g-20m/g 的含滎離子溶液20—40ml，加入到錐形瓶中，振蕩l一24h，然后進(jìn)行抽濾，取濾出清液 進(jìn)行汞離子濃度的測(cè)定。
本發(fā)明中，所述含汞離子溶液可以采用常規(guī)的帶汞離子的溶液，如硝酸汞溶液、氯化 汞溶液、硫酸汞溶液等。調(diào)節(jié)pH的調(diào)節(jié)劑可采用硝酸、醋酸鈉或鹽酸之-種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、 該吸附劑對(duì)汞離子的吸附容量大，實(shí)驗(yàn)所得最高吸附量可達(dá)3447mg/g，也就是說， lg吸附劑可以吸附約3.5g的汞；
2、 在低濃度下，這種吸附劑吸附性能優(yōu)越，最高吸附率達(dá)99.96%，吸附后的濃度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)(0.05mg/L);
3、 在pH值2-7范圍時(shí)，對(duì)pH值影響不敏感，所能應(yīng)用的pH值范圍較廣。


圖1是室溫下巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)g^的動(dòng)態(tài)吸附曲線。 圖2是在不同pH值的條件下巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)g^吸附量的變化。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)例進(jìn)一步詳細(xì)解釋。然而，這些實(shí)例并不限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1:
取固體當(dāng)量為0.2g的殼層厚度為20run的巰基功能化二氧化硅中空微球懸浮液超聲分 散均勻，加入到100ml錐形瓶中，用移液管移取20.00ml汞標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液，加入到錐形瓶 中，超聲分散并振蕩后，靜置。在混合之后24h時(shí)，進(jìn)行抽濾，之后取濾出清液進(jìn)行汞離 子濃度的測(cè)定。采用意大利DMA-80測(cè)汞儀測(cè)出稀釋濾出清液中Hg^的濃度，通過計(jì)算， 得出巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)x子的吸附量為2558.7mg/g。
實(shí)施例2:
吸附時(shí)間為4小時(shí)，其余條件同實(shí)施例l，采用意大利DMA-80測(cè)汞儀測(cè)出稀釋濾出 清液中Hg^的濃度，計(jì)算得出巰基功能化二氧化硅中空微球測(cè)得對(duì)汞離子的吸附量為 1738.7 mg/g。
實(shí)施例3:
取固體當(dāng)量為0.2g的殼層厚度為10nm的巰基功能化二氧化硅中空微球懸浮液超聲分 散均勻，加入到100ml錐形瓶中，用移液管移取20.00ml汞標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液，加入到錐形瓶 中，超聲分散并振蕩后，靜置。在混合之后24h時(shí)，進(jìn)行抽濾，之后取濾出清液進(jìn)行汞離 子濃度的測(cè)定。采用意大利DMA-80測(cè)汞儀測(cè)出稀釋濾出清液中Hg^的濃度，通過計(jì)算， 得出巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)x子的吸附量為3477mg/g。
實(shí)施例4:
取固體當(dāng)量為0.2g的殼層厚度為30nm的巰基功能化二氧化硅中空微球懸浮液超聲分 散均勻，加入到100ml錐形瓶中，用移液管移取20.00ml汞標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液，加入到錐形瓶 中，超聲分散并振蕩后，靜置。在混合之后24h時(shí)，進(jìn)行抽濾，之后取濾出清液進(jìn)行汞離 子濃度的測(cè)定。采用意大利DMA-80測(cè)汞儀測(cè)出稀釋濾出清液中Hg^的濃度，通過計(jì)算，得出巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)x子的吸附量為2128.6mg/g。 實(shí)施例5:
pH值為2，其余條件與實(shí)施例1相同，采用意大利DMA-80測(cè)汞儀測(cè)出稀釋濾出清液 中HgZ+的濃度，計(jì)算得出巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)x子的吸附量為3029.1mg/g。 實(shí)施例6:
pH值為3，其余條件與實(shí)施例1相同，采用意大利DMA-80測(cè)汞儀測(cè)出稀釋濾出清液 中Hg^的濃度，計(jì)算得出巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)x子的吸附量為2924.6mg/g。 實(shí)施例7:
pH值為4，其余條件與實(shí)施例1相同，采用意大利DMA-80測(cè)汞儀測(cè)出稀釋濾出清液 中Hg^的濃度，計(jì)算得出巰基功能化二氧化硅中空微球?qū)x子的吸附量為2938.6mg/g。
權(quán)利要求
1、一種巰基官能化中空二氧化硅微球作為汞離子吸附劑的用途。
2、 如權(quán)利要求1所述的巰基官能化中空二氧化硅微球作為汞離子吸附劑的用途，其 特征在于采用靜態(tài)吸附法；具體步驟如下取含固量為20-100mg的巰基官能化二氧化硅微球懸浮液超聲分散均勻，加入到100ml 錐形瓶中，調(diào)節(jié)溶液的pH值為2-7，用移液管移取濃度為10m g/L-20g/L的含汞離子溶液 20-40ml,加入到錐形瓶中，超聲分散并振蕩l-24h后抽濾；然后將抽濾清液進(jìn)行汞離子濃 度測(cè)定。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巰基官能化中空二氧化硅微球作為汞離子吸附劑的用途。這種功能性中空二氧化硅微球能夠高效地吸附溶液中的汞離子，其吸附容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前文獻(xiàn)所報(bào)道其他汞離子吸附劑的吸附容量。這種吸附劑在本實(shí)驗(yàn)條件下所得的最高吸附容量為3477mg/g。而且吸附能力在pH值小于7的條件下，對(duì)酸值不敏感。對(duì)于含汞溶液經(jīng)該吸附劑吸附后，最高吸附率達(dá)99.96％，吸附后的殘留溶液濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家的排放標(biāo)準(zhǔn)(0.05mg/L)。而且這種吸附劑具有優(yōu)異的再生能力。
文檔編號(hào)B01J20/10GK101298036SQ20081003920
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者常志宏, 浦鴻汀, 袁俊杰 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)