一种纳米二氧化硅改性方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米二氧化硅的改性方法，首先使用氨基硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性，然后利用氨基硅烷分子上的氨基与四价铈组成复合引发聚合体系，引发单体进行二氧化硅表面接枝聚合。该方法改性的纳米二氧化硅在水溶液中分散良好，克服了其易团聚的问题，在环境水污染的处理方面具有巨大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于无机硅材料改性领域。
技术介绍
随着全球工业化进程的推进，重金属离子对水质的污染已对人类的生存造成了极 大的威胁，因此，急需发展相关的分离技术与材料。目前，分离与去除重金属离子的方法有 很多，其中吸附法是一种简便高效且吸附剂可再生与循环使用的有效方法。随着纳米技术 的发展，无机纳米吸附材开始应用于环境水污染的处理。无机纳米吸附材料比表面积高，表 面活性位点多，吸附效果好，对污染物去除率高。同时，此类吸附材料易分离和洗脱，可以循 环利用，减少资源的浪费。 纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的材料，也是目前世 界上大规模生产的一种纳米粉体材料。作为一种优良的结构和功能材料，纳米二氧化娃具 有高表面活性、高比表面积、低比重、耐高温、耐腐蚀以及无毒无污染等性能。近年来，随着 纳米二氧化硅制备技术的发展及改性研宄的深入，纳米二氧化硅在橡胶、塑料、涂料、功能 材料、通讯、电子、生物学以及医学等诸多领域得到了广泛的应用。 纳米二氧化硅本身不具有吸附重金属离子的功能，但由于其表面存在大量的羟 基，可以采用多种吸附材料将其改性。本专利采用接枝聚合的方法，在纳米二氧化硅表面 引入大量的氨基。由于接枝单体较小的相对分子质量，可使其易渗透到Si02粒子团聚体的 内部，同时与内部和外部粒子上的活性点发生反应，将聚合物接枝到粒子表面，防止粒子团 聚。
技术实现思路
本专利技术提供，为了实现上述目的，本专利技术采用的技术 方案如下： 步骤1、取干燥后的纳米Si02,置于装有冷凝管的三口瓶中，加入有机溶剂，使 Si02与有机溶剂的质量体积比为1:10~1:50,搅拌，并超声振荡，使纳米Si02均匀分散 在有机溶剂中；而后缓慢滴加氨基硅烷偶联剂，加热，恒温回流3~24小时；抽滤，滤饼用 无水乙醇洗涤三次，烘干得到表面改性后的纳米Si02 ; 步骤2、将装有搅拌器、冷凝管和滴加漏斗的三口烧瓶抽真空，然后通入惰性气体， 重复三次以充分排出反应器中的空气，再加入表面改性后的纳米Si02,单体及去离子水，使 单体浓度为〇? 5~3mol/L ;调节反应温度至30~80°C，滴加0? 2mol/L硝酸铈铵的硝酸溶 液，使硝酸铈铵在体系中浓度为5~20mmol/L，引发聚合反应，反应时间为5~24h ;反应结 束后，抽滤，滤饼依次用苯、丙酮及蒸馏水超声洗涤；过滤，真空干燥得到表面接枝改性的纳 米 Si02〇 所述步骤1中的有机溶剂为有机溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷、二氯甲烷、 正戊烷、环戊烷、二氧六环、四氢呋喃中的任意一种。 所述步骤1中的氨基硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅 烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(f3-氨乙基-Y-氨丙基）甲基二甲氧基硅烷的任意一 种。 所述步骤2中单体可以是烯丙基胺、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺和N-乙烯基吡 咯烷酮中的任意一种。 所述步骤2中惰性气体为氩气或氮气。 所述步骤2中纳米Si02与去离子水的质量体积比为1:5~1:10。 本专利技术具有以下有益效果： 本专利技术提供的，得到的二氧化硅粒子接枝效率高、在 水相中能更好的分散，由于引入的聚合物分子含有多个氨基，大大提高了其对重金属离子 螯合吸附能力。此外，经改性的纳米二氧化硅易分离和洗脱，可以循环利用，减少资源的浪 费，具有极大的应用前景。【具体实施方式】 实施例1 称取15g干燥后的纳米Si02,加入500mL甲苯，在装有冷凝管的三口瓶中充分搅拌 并超声振荡30min，使纳米Si02均匀分散在甲苯中。而后缓慢滴加0. 5g 3-氨丙基三甲氧 基硅烷，加热回流8h。抽滤，所得产物用无水乙醇洗涤三次、烘干得到表面改性后的纳米 Si02〇 将装有搅拌器、冷凝管和滴加漏斗的三口烧瓶抽真空，然后通入氮气，重复三次以 充分排出反应器中的空气，再加入表面改性后的纳米Si02,去离子水80mL，N-异丙基丙烯 酰胺，且使N-异丙基丙烯酰胺浓度为3mol/L ;调节反应温度至60°C，滴加0. 2mol/L硝酸铈 铵的硝酸溶液5mL，引发聚合反应，反应时间为8h ;反应结束后，抽滤，滤饼依次用苯、丙酮 及蒸馏水超声洗涤；过滤，真空干燥得到表面接枝改性的纳米Si02。 实施例2 称取25g干燥后的纳米Si02,加入400mL二氧六环，在装有冷凝管的三口瓶中充分 搅拌并超声振荡20min，使纳米Si02均匀分散在二氧六环中。而后缓慢滴加Ig 3-氨丙基 甲基二乙氧基硅烷，加热回流14h。抽滤，所得产物用无水乙醇洗涤三次、烘干得到表面改 性后的纳米Si02 ; 将装有搅拌器、冷凝管和滴加漏斗的三口烧瓶抽真空，然后通入氩气，重复三次 以充分排出反应器中的空气，再加入表面改性后的纳米Si02,去离子水150mL，烯丙基胺， 且使烯丙基胺浓度为lmol/L ;调节反应温度至80°C，滴加0. 2mol/L硝酸铈铵的硝酸溶液 7mL，引发聚合反应，反应时间为16h ;反应结束后，抽滤，滤饼依次用苯、丙酮及蒸馏水超声 洗涤；过滤，真空干燥得到表面接枝改性的纳米Si02。 实施例3 称取20g干燥后的纳米Si02,加入800mL正己烷，在装有冷凝管的三口瓶中充分搅 拌并超声振荡30min，使纳米Si02均匀分散在正己烷中。而后缓慢滴加0.6g 3-氨丙基三 乙氧基硅烷，加热回流l〇h。抽滤，所得产物用无水乙醇洗涤三次、烘干得到表面改性后的 纳米Si02 ; 将装有搅拌器、冷凝管和滴加漏斗的三口烧瓶抽真空，然后通入氩气，重复三次以 充分排出反应器中的空气，再加入表面改性后的纳米Si02,去离子水120mL，N-乙烯基吡咯 烷酮，且使N-乙烯基吡咯烷酮浓度为lmol/L ;调节反应温度至40°C，滴加0. 2mol/L硝酸铈 铵的硝酸溶液6mL，引发聚合反应，反应时间为12h ;反应结束后，抽滤，滤饼依次用苯、丙酮 及蒸馏水超声洗涤；过滤，真空干燥得到表面接枝改性的纳米Si02。 实施例4 在优化的pH条件下（pH = 7-9)，吸附温度为25-45°C，吸附时间为l_2h，实施例1 中制备的改性后的纳米二氧化硅粒子对重金属的吸附率如下。其中CO为吸附前溶液中金 属离子浓度（yg/mL)，C为吸附后溶液中金属离子平均浓度（yg/mL)，n为吸附率且n = (CO-C)/C0。使用后的改性纳米二氧化硅经盐酸（l-5mol/L)洗涤，丙酮冲洗，可解析所吸附 的金属离子，经干燥后可循环使用。 以上仅为本专利技术的【具体实施方式】，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉 本领域的技术人员在本专利技术所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在 本专利技术的保护范围之内。【主权项】1. 一种纳米二氧化娃改性方法，其特征在于，所述的步骤如下： 取干燥后的纳米Si02,置于装有冷凝管的三口瓶中，加入有机溶剂，使Si02与有机溶 剂的质量体积比为1:10~1:50,搅拌，并超声振荡，使纳米Si02均匀分散在有机溶剂中； 而后缓慢滴加氨基硅烷偶联剂，加热，恒温回流3~24小时；抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤三 次，烘干得到表面改性后的纳米Si02 ; 将装有搅拌器、冷凝管和滴加漏斗的三口烧瓶抽真空，然后通入惰性气体，重复三次以 充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米二氧化硅改性方法，其特征在于，所述的步骤如下：取干燥后的纳米SiO2，置于装有冷凝管的三口瓶中，加入有机溶剂，使SiO2与有机溶剂的质量体积比为1:10～1:50，搅拌，并超声振荡,使纳米SiO2均匀分散在有机溶剂中；而后缓慢滴加氨基硅烷偶联剂，加热，恒温回流3～24小时；抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤三次，烘干得到表面改性后的纳米SiO2；将装有搅拌器、冷凝管和滴加漏斗的三口烧瓶抽真空，然后通入惰性气体，重复三次以充分排出反应器中的空气，再加入表面改性后的纳米SiO2，单体及去离子水，使单体浓度为0.5～3mol/L；调节反应温度至30～80℃，滴加0.2mol/L硝酸铈铵的硝酸溶液，使硝酸铈铵在体系中浓度为5～20mmol/L，引发聚合反应，反应时间为5～24h；反应结束后，抽滤，滤饼依次用苯、丙酮及蒸馏水超声洗涤；过滤，真空干燥得到表面接枝改性的纳米SiO2。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周宁，赖南君，李诗涛，唐雷，郭欣，叶仲斌，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51