功能化介孔材料MCM-41選擇性吸附水中污染物的性能研究.pdf

1、隨著水污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重和出水水質(zhì)要求的進(jìn)一步提高，常規(guī)的水處理技術(shù)對(duì)受污染水體中污染物的去除能力明顯不足。因此，開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的除微污染技術(shù)尤為必要。吸附是去除水中污染物的有效方法之一，但常規(guī)的吸附材料大多存在吸附容量低和選擇性差等缺點(diǎn)。因此，針對(duì)水中污染物的吸附去除這一熱點(diǎn)問(wèn)題，本文研究開(kāi)發(fā)了功能化介孔氧化硅材料，將其應(yīng)用于水處理過(guò)程中，作為一種選擇性吸附劑，考察其對(duì)水中各類(lèi)污染物的吸附去除效果及機(jī)理，為水質(zhì)安全提供有效的技術(shù)

2、保障，同時(shí)對(duì)特殊的水污染狀況提供有效的解決方法和途徑。
　　本文從介孔材料MCM-41著手，根據(jù)水中不同污染物的特性，從以下幾個(gè)方面考察其在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用前景及其與水中污染物的作用機(jī)制：
　?。?）考察介孔材料MCM-41在不同水質(zhì)條件下對(duì)特定有機(jī)污染物硝基苯的吸附去除情況；
　?。?）考察甲基化MCM-41（CH3-MCM-41）吸附去除硝基類(lèi)化合物的效果，并探討該類(lèi)有機(jī)污染物在CH3-MCM-41上的吸附機(jī)理；

3、
　?。?）研究氨基化MCM-41（NH3+-MCM-41）對(duì)水中酸性染料的吸附情況；
　　（4）考察巰基化MCM-41（SH-MCM-41）吸附去除水中Hg(II)的效果。
　　介孔材料MCM-41對(duì)水中有機(jī)污染物硝基苯的吸附去除結(jié)果表明：介孔材料MCM-41對(duì)硝基苯的最大單層吸附量分別是苯酚和對(duì)硝基苯酚的30倍和10倍，且吸附速度較快，吸附平衡時(shí)間小于1min并且與硝基苯初始濃度無(wú)關(guān)；隨著溫度，pH和離子強(qiáng)度的增大

4、，MCM-41對(duì)硝基苯的吸附量逐漸降低；而溶液中陽(yáng)離子種類(lèi)（K+、Na+、Ca2+）和腐殖酸（0~50mg/L）對(duì)MCM-41吸附硝基苯無(wú)明顯影響；吸附過(guò)程是可逆的且再生后MCM-41對(duì)硝基苯的吸附效果降低；吸附機(jī)理推測(cè)為硝基苯的憎水作用。
　　針對(duì)介孔材料MCM-41結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，采用三甲基氯硅烷對(duì)MCM-41進(jìn)行表面改性，表征結(jié)果表明：甲基化后的MCM-41比表面積和孔徑均變小但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高，甲基負(fù)載量（以C計(jì)）為5.

5、74％。CH3-MCM-41吸附水中硝基苯類(lèi)化合物的結(jié)果表明：CH3-MCM-41較MCM-41能有效地提高對(duì)硝基苯類(lèi)化合物的吸附能力，并且吸附過(guò)程為放熱過(guò)程；當(dāng)硝基苯苯環(huán)上存在供電子取代基時(shí)，CH3-MCM-41的吸附能力下降，而當(dāng)硝基苯苯環(huán)上存在吸電子取代基時(shí)，CH3-MCM-41的吸附能力增加；對(duì)于非電離硝基苯類(lèi)物質(zhì)，pH值和離子強(qiáng)度對(duì)CH3-MCM-41吸附去除硝基苯類(lèi)化合物無(wú)明顯影響；對(duì)于可電離硝基苯類(lèi)物質(zhì)，CH3-MCM-4

6、1對(duì)硝基苯類(lèi)化合物的吸附隨著pH的升高而降低，隨著離子強(qiáng)度的增加而升高；競(jìng)爭(zhēng)吸附基本不影響CH3-MCM-41對(duì)硝基苯類(lèi)化合物的吸附。推測(cè)CH3-MCM-41吸附硝基苯類(lèi)化合物的機(jī)理為苯環(huán)與CH3-MCM-41表面的Si-O-Si形成電子供體/受體配位作用。穿透實(shí)驗(yàn)表明，隨著流速的增加，固定床的平衡吸附量降低，吸附速率卻增加。
　　3-氨丙基三甲氧基硅烷改性MCM-41的表征結(jié)果表明：氨基改性后MCM-41結(jié)構(gòu)基本保持不變，比表面

7、積和孔徑均減小，氮含量為1.80%。用NH3+-MCM-41吸附水中酸性染料甲基橙（MO），橙IV（OIV），活性艷紅X-3B（X-3B）和酸性品紅（AF）的結(jié)果表明：NH3+-MCM-41與MO，OIV，X-3B和AF之間的作用力較強(qiáng)，吸附符合Langmuir模型，其最大吸附量與染料的初始濃度無(wú)關(guān)，吸附量的順序依次為MO>OIV>AF>X-3B，吸附為吸熱過(guò)程；通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析得出，外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散均在一定程度上控制染料的吸附速率，其中，

8、內(nèi)擴(kuò)散是主要控制步驟；在pH4.0-8.0時(shí)，NH3+-MCM-41對(duì)染料的吸附量基本不變，而在pH>8.0時(shí)，NH3+-MCM-41對(duì)染料的吸附量急劇下降，通過(guò)Zeta電位分析，靜電作用是染料吸附的主要作用機(jī)理。弱酸根離子對(duì)NH3+-MCM-41吸附染料的抑制作用最大。
　　最后，3-巰丙基三甲氧基硅烷改性MCM-41的表征結(jié)果表明：巰基改性后MCM-41的結(jié)構(gòu)基本保持不變，比表面積和孔徑均減小，硫含量為4.04%。用SH-MC

9、M-41吸附水中汞離子的結(jié)果表明：Hg(II)在SH-MCM-41上的吸附符合假二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附等溫線符合Langmuir模型，最大吸附量隨著溫度的升高而升高，吸附為吸熱過(guò)程，并且Hg(II)與SH-MCM-41表面上-SH發(fā)生1:1絡(luò)合；溶液pH值基本不影響SH-MCM-41對(duì)Hg(II)的吸附；隨著NaCl濃度的增加，SH-MCM-41對(duì)Hg(II)吸附逐漸降低；SH-MCM-41基本不吸附Pb(II)和Cd(II)；脫附實(shí)驗(yàn)表