离子液体功能化硅胶在去除废水中酚类污染物中的应用

摘要

本发明公开了一种离子液体功能化硅胶在去除废水中酚类污染物中的应用，属于工业废水的处理技术领域。本发明的技术方案要点为：离子液体功能化硅胶在去除废水中酚类污染物中的应用，具体步骤为：将离子液体功能化硅胶加入到酚类污染物废水中于室温静置1h实现对废水中酚类污染物的吸附，然后将吸附使用后的离子液体功能化硅胶分离，在分离后的离子液体功能化硅胶中加入甲醇/水/乙酸混合溶液，然后于室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶重复用于废水中酚类污染物的吸附。本发明制得的离子液体功能化硅胶对工业废水中的酚类污染物吸附效率较高，吸附容量大且易于再生循环使用。

说明书

技术领域

本发明属于工业废水的处理技术领域，具体涉及一种离子液体功能化硅胶在去除废水中酚类污染物中的应用。

背景技术

工业废水和各种污染水体中的难去除、毒性大的污染物对水体环境的影响极大，这些污染物不仅成分复杂、含量波动大且可生化性差，因此，其污染的防治已成为环境学科领域研究的热点和难点。酚类化合物是水环境中的一种主要有机污染物，作为原生质毒物，它对人类和其它生物均具有毒性作用，不仅能使蛋白质凝固，长期饮用被酚类污染物污染的水可引起慢性积累性中毒。因此，对于含酚类废水的净化处理具有重要意义。而发展高效、快速且经济去除水体酚类污染物质的新技术则成为关键。

离子液体是由有机阳离子和有机（或无机）阴离子组成的一类物质，特殊的组成结构形成了其独特的物理化学性质，如熔点低、几乎无蒸汽压、溶解能力强和电化学窗口宽等，因而在材料科学、环境科学和分离催化等领域的应用日益广阔。但是，水溶性能好的离子液体在水相直接使用时，需要繁琐的液-液分离过程，同时容易造成离子液体在水体中的溶解损失，引起水体的二次污染。

发明内容

本发明为提高离子液体的实用性和减少其在水相的溶解流失而提供了一种离子液体功能化硅胶在去除废水中酚类污染物中的应用，其中离子液体功能化硅胶是以乙烯基三乙氧基硅烷化的硅胶为载体，1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体为原料，在甲醇溶剂中采用热引发制备而得的，该离子液体功能化硅胶在水溶液中选择性吸附性能优良且吸附量高，能够较好地用于酚类物质污染废水的处理及净化。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，离子液体功能化硅胶在去除废水中酚类污染物中的应用，其特征在于具体步骤为：将离子液体功能化硅胶加入到酚类污染物废水中于室温静置1h实现对废水中酚类污染物的吸附，然后将吸附使用后的离子液体功能化硅胶分离，在分离后的离子液体功能化硅胶中加入甲醇/水/乙酸混合溶液，其中甲醇/水/乙酸混合溶液中甲醇、水和乙酸的体积比为60:40:0.1，然后于室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶重复用于废水中酚类污染物的吸附，该离子液体功能化硅胶是以乙烯基三乙氧基硅烷化的硅胶和1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体为原料，以甲醇为溶剂，在交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和引发剂偶氮二异丁腈的作用下热引发制备而成的。

进一步限定，所述的废水中酚类污染物为2,4-二氯苯酚、3-硝基苯酚、2-萘酚或2,4-二硝基苯酚。

进一步限定，所述的废水中酚类污染物的摩尔浓度为0.3-10mmol/L，处理2mL废水对应离子液体功能化硅胶的质量为20mg。

进一步限定，所述的离子液体功能化硅胶的具体制备过程为：以50mL甲醇为溶剂，将0.4g乙烯基三乙氧基硅烷化的硅胶与0.46mg1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体于室温预聚合4h，然后加入交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和引发剂偶氮二异丁腈于50-70℃热引发聚合20-24h，其中1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈的摩尔比为1-4:5-15:0.03-0.06，得到的产物用甲醇/乙酸混合溶液索氏提取48-50h，其中甲醇/乙酸混合溶液中甲醇与乙酸的体积比为9:1，再用甲醇清洗后于60℃真空干燥得到离子液体功能化硅胶。

本发明制得的离子液体功能化硅胶粒径均匀，机械性能优良，对工业废水中的酚类污染物吸附效率较高，吸附容量大且易于再生循环使用，能够较好地用于酚类物质污染废水的处理及净化。

附图说明

图1是本发明中离子液体功能化硅胶的合成路线示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

以50mL甲醇为溶剂，将0.4g乙烯基三乙氧基硅烷化的硅胶与0.46mg1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体于室温预聚合4h，然后加入交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈为引发剂，其中1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和引发剂偶氮二异丁腈的摩尔比为3:10:0.05，于50℃热引发聚合24h得到的产物用甲醇/乙酸（V/V=9:1）混合溶液索氏提取48h，再用甲醇清洗后于60℃真空干燥得到离子液体功能化硅胶。

实施例2

以50mL甲醇为溶剂，将0.4g乙烯基三乙氧基硅烷化的硅胶与0.46mg1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体于室温预聚合4h，然后加入交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈为引发剂，其中1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和引发剂偶氮二异丁腈的摩尔比为1:5:0.03，于60℃热引发聚合20h得到的产物用甲醇/乙酸（V/V=9:1）混合溶液索氏提取50h，再用甲醇清洗后于60℃真空干燥得到离子液体功能化硅胶。

实施例3

以50mL甲醇为溶剂，将0.4g乙烯基三乙氧基硅烷化的硅胶与0.46mg1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体于室温预聚合4h，然后加入交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈为引发剂，其中1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐离子液体、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和引发剂偶氮二异丁腈的摩尔比为4:15:0.06，于70℃热引发聚合24h得到的产物用甲醇/乙酸（V/V=9:1）混合溶液索氏提取48h，再用甲醇清洗后于60℃真空干燥得到离子液体功能化硅胶。

实施例4

在2mL摩尔浓度为0.3mmol/L（48.9mg/L）的2,4-二氯苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二氯苯酚的吸附效率为87%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二氯苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例5

在2mL摩尔浓度为2mmol/L（326mg/L）的2,4-二氯苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二氯苯酚的吸附效率为88%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二氯苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例6

在2mL摩尔浓度为3mmol/L（489mg/L）的2,4-二氯苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二氯苯酚的吸附效率为81%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二氯苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例7

在2mL摩尔浓度为5mmol/L（815mg/L）的2,4-二氯苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二氯苯酚的吸附效率为78%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二氯苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例8

在2mL摩尔浓度为7mmol/L（1141mg/L）的2,4-二氯苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二氯苯酚的吸附效率为71%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二氯苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例9

在2mL摩尔浓度为8mmol/L（1304mg/L）的2,4-二氯苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二氯苯酚的吸附效率为65%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二氯苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例10

在2mL摩尔浓度为10mmol/L（1630mg/L）的2,4-二氯苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二氯苯酚的吸附效率为61%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二氯苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例11

在2mL摩尔浓度为2mmol/L（278mg/L）的3-硝基苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对3-硝基苯酚的吸附效率为89%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对3-硝基苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例12

在2mL摩尔浓度为0.4mmol/L（73mg/L）的2,4-二硝基苯酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2,4-二硝基苯酚的吸附效率为87%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2,4-二硝基苯酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例13

在2mL摩尔浓度为1mmol/L（144mg/L）的2-萘酚水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对2-萘酚的吸附效率为92%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对2-萘酚水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例14

在2mL摩尔浓度为1mmol/L（172mg/L）的氯化-N-丁基吡啶水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对氯化-N-丁基吡啶的吸附效率为21%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对氯化-N-丁基吡啶水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例15

在2mL摩尔浓度为0.4mmol/L（100mg/L）的磺胺嘧啶水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对磺胺嘧啶的吸附效率为33%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对磺胺嘧啶水溶液的吸附效率无明显变化。

实施例16

在2mL摩尔浓度为0.4mmol/L（68.88mg/L）的磺胺水溶液中加入20mg离子液体功能化硅胶，于室温静置1h，对磺胺的吸附效率为25%；将吸附使用过的离子液体功能化硅胶分离，向分离后的离子液体功能化硅胶中加入2mL甲醇/水/乙酸（V/V/V=60:40:0.1）的混合溶液，室温静置浸泡1h，清液分离，重复浸泡3次，清洗干燥后得到再生的离子液体功能化硅胶，其对磺胺水溶液的吸附效率无明显变化。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。