多功能介孔硅基吸附劑的制備及其對(duì)重金屬?gòu)U水的處理研究.pdf

1、水體重金屬污染所引起的環(huán)境問題已嚴(yán)重危及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展與民眾身體健康，其處理技術(shù)研究受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。吸附法是一種常用的重金屬離子污染物處理技術(shù)之一，因其吸附材料價(jià)廉易得、不需要復(fù)雜裝置和添加額外化學(xué)物質(zhì)等特點(diǎn)而被越來越多地應(yīng)用。因此，尋求各種具有特殊或優(yōu)異性能如具有特殊選擇性、重復(fù)利用率高、成本低廉、制備簡(jiǎn)單和去除效率高的吸附劑，是該領(lǐng)域最引人注目的研究熱之一。
　　 本學(xué)位論文綜述了水環(huán)境中重金屬污染的危害與

2、處理技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展。同時(shí)，基于有序介孔硅基材料具有均一可調(diào)的中孔孔徑、穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)、大比表面積及可修飾的內(nèi)表面的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)并合成了一系列去除效率高的新型介孔吸附材料，并借助紅外光譜、掃描電鏡等方法對(duì)所得各種吸附劑進(jìn)行了表征研究;利用批實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了所得吸附劑對(duì)水體中金屬離子吸附實(shí)驗(yàn)，考察了各種影響因素如溫度、溶液pH值、金屬離子初始濃度、接觸時(shí)間、競(jìng)爭(zhēng)離子和離子強(qiáng)度等對(duì)吸附劑性能的影響，并應(yīng)用各種動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線和熱力學(xué)模型對(duì)

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合和討論;以新的視角開發(fā)吸附劑的循環(huán)利用的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料的多功能化。本學(xué)位論文的主要結(jié)果如下:
　　 1.采用后嫁接法和共縮聚法利制備了水楊醛Schiff base功能化介孔硅基吸附材料SA-SBA-15，前者合成的SA-SBA-15和后者合成的SA-SBA-15對(duì)Cu2+的飽和吸附量分別為60.0 mg g-1和20.4 mg g-1，最佳溶液pH值為5。動(dòng)力學(xué)研究表明，兩種改性方法合成的SA-SBA-15對(duì)C

4、u2+的吸附非常快，在40min均達(dá)到平衡。吸附動(dòng)力學(xué)過程可以用擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)和粒子擴(kuò)散方程解釋。用等溫線模型對(duì)平衡吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)平衡數(shù)據(jù)比較符合Langmuir等溫線模型。SA-SBA-15具有良好的循環(huán)使用能力，EDTA解吸5次后吸附劑依然可以重復(fù)使用。SA-SBA-15吸附Cu2+后形成的Cu-SA-SBA-15具有良好的殺菌性能，對(duì)大腸桿菌的最小抑菌濃度為160μgmL-1，對(duì)金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度為120μg mL

5、-1。
　　 2.采用后嫁接法得到8-羥基喹啉Schiff base功能化介孔硅基吸附劑S-SBA-15，結(jié)果發(fā)現(xiàn)S-SBA-15與很多其他廉價(jià)和商業(yè)化的吸附劑相比，可以更好地選擇性去除廢水中的Cu2+。最大吸附容量為46.45 mg g-1，最佳溶液pH值為5.5。動(dòng)力學(xué)研究表明S-SBA-15吸附反應(yīng)較快，在30min吸附均達(dá)到平衡，平衡數(shù)據(jù)比較符合Langmuir等溫模型。同時(shí)，吸附劑對(duì)Cu2+的的吸附動(dòng)力學(xué)符合擬二級(jí)反應(yīng)

6、模型和粒子擴(kuò)散模型。雖然其它離子的存在，如Zn2+，Co2+，但是S-SBA-15表現(xiàn)出從多元金屬離子溶液中對(duì)Cu2+具有良好的選擇性吸附性能。S-SBA-15吸附Cu2+后形成的Cu-S-SBA-15最小抑菌濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有優(yōu)秀的抗菌性能，其最小抑菌濃度小于40μg mL-1，屬于廣譜抗菌劑。
　　 3.通過后嫁接法，成功制備用于去除Pb2+的有序介孔硅材料EDTA-SBA-15。EDTA有效接枝

7、在SBA-15孔道表面，羧基含量為0.908 m mol g-1。對(duì)Pb(Ⅱ)表現(xiàn)出優(yōu)秀的吸附能力，EDTA-SBA-15對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附機(jī)理涉及了Na和Pb的離子交換以及表面絡(luò)合作用。根據(jù)Langmuir模型計(jì)算，最大吸附容量為273.2 mg g-1，最佳溶液pH值為5。EDTA-SBA-15對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附在20min既能達(dá)到平衡，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)能很好的用擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行描述，孔擴(kuò)散過程在吸附過程中也扮演了重要角色，這主要?dú)w因

8、于合成的吸附劑具有多孔結(jié)構(gòu)。此外，吸附劑有非常好的重復(fù)使用性。對(duì)金屬離子的多組分吸附結(jié)果表明，EDTA-SBA-15對(duì)Pb(Ⅱ)有良好的吸附選擇性，可從Pb2+/Cd2+，Pb2+/Hg2+或Pb2+/Hg2+/Cd2+的金屬離子混合液中選擇性吸附Pb2+。
　　 4.通過后嫁接法成功制備一種多功能介孔吸附劑RBHS-SBA-15，材料結(jié)構(gòu)是熒光介孔（羅丹明B感受器在孔道里），在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用是檢測(cè)，吸附，去除水溶液中的Hg

9、2+。制備的介孔材料表現(xiàn)出很好的熒光敏感性和在多種金屬離子（Na+，Mg2+，Mn2+，Co2+，Ni2+，Zn2+，Cd2+，Ag+，Pb2+和Cu2+）對(duì)Hg2+選擇的選擇性。在加入Hg2+之后，觀察到明顯的發(fā)射改變，Hg2+檢測(cè)限是1ppb。微球?qū)g2+的吸附過程可以很好的用Langmuir描述，吸附容量為34.2mg g-1。吸附能在30分鐘之內(nèi)達(dá)到平衡，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和粒子擴(kuò)散模型。
　　 研制的功能