介孔硅酸鈣的合成、改性及其對重金屬離子的吸附性能.pdf

1、重金屬廢水已對環(huán)境產(chǎn)生了嚴重污染，嚴重威脅到人們的身體健康，因此，對重金屬廢水污染的治理已刻不容緩。與傳統(tǒng)重金屬廢水處理方法比較，吸附法處理工藝簡單，操作方便，處理成本較低，適用于大規(guī)模重金屬廢水處理和廢水的深度處理，是一種具有廣闊推廣應(yīng)用價值的重金屬廢水處理方法。其關(guān)鍵在于吸附劑的性能。研發(fā)新型高效吸附劑對提高重金屬廢水處理效果具有重要實際意義。本研究先采用模板法合成介孔硅酸鈣，然后對其進行胺基化和巰基化改性；系統(tǒng)考察了模板劑的種類對

2、介孔硅酸鈣合成的影響，介孔硅酸鈣對重金屬離子的吸附性能和解吸再生性能；初步研究研究了其吸附動力學(xué)和熱力學(xué)。
　　(1)以硝酸鈣和硅酸鈉為原料，通過模板法合成介孔硅酸鈣，并考察四種模板劑：十二烷基磺酸鈉、P123、十六烷基三甲溴化銨以及十六烷基三甲溴化銨和四甲基氫氧化胺混合模板劑對介孔硅酸鈣孔徑，比表面積和形貌的影響。結(jié)果表明：以十六烷基三甲溴化銨為模板劑合成的介孔硅酸鈣比表面積最大為158.13m2·g-1，孔徑為8～40nm，氮

3、氣吸附脫附曲線的回滯環(huán)為 H3型，表明介孔的形成是由顆粒堆積而成,這在掃描電鏡中得到進一步的證實;紅外圖譜和X-射線衍射顯示合成的介孔硅酸鈣為水化硅酸鈣，表面含有大量的羥基，這為硅酸鈣的改性提供了改性位點。
　　(2)以十六烷基三甲溴化銨為模板合成的介孔硅酸鈣(MCSC)作為改性基體，通過后接枝法，加入兩種硅烷偶聯(lián)劑：3-氨基丙基三乙氧基硅烷和（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷作為改性劑，合成出兩種功能化介孔硅酸鈣：氨基化硅酸鈣(MCS

4、C-NH2)和巰基化硅酸鈣(MCSC-SH)。采用紅外光譜、能譜、熱重分析對改性硅酸鈣進行表征，并通過 X-射線衍射、氮氣吸附脫附儀、掃描電鏡和透射電鏡對改性前后介孔硅酸鈣的孔徑，比表面積和形貌變化進行表征。結(jié)果表明：改性后的介孔硅酸鈣中 N和 S元素含量分別為1.988％和0.538%，說明改性介孔硅酸鈣成功合成；改性之后的介孔硅酸鈣的XRD圖譜和未改性的介孔硅酸鈣的圖譜相同，改性過程晶態(tài)穩(wěn)定；MCSC-NH2與 MCSC-SH的比表

5、面積分別減少了43 m2·g-1和28 m2·g-1。
　　(3)以模擬含 Pb2+、Cu2+、Cd2+和 Cr3+廢水為處理對象， MCSC、MCSC-NH2和MCSC-SH為吸附劑，系統(tǒng)考察了其對 Pb2+、Cu2+、Cd2+和 Cr3+的吸附性能，以及再生性能，并與活性炭進行了比較。結(jié)果表明：MCSC、MCSC-NH2和 MCSC-SH的投加量為10 mg時處理效果最好；在溫度為298 K時，MCSC-NH2和MCSC對四種

6、重金屬離子的吸附量順序為：Pb2+>Cu2+>Cd2+>Cr3+；MCSC-SH對四種重金屬離子的吸附量順序為：Pb2+>Cd2+>Cu2+>Cr3+；3種介孔吸附劑在吸附3-8 h后基本達到吸附平衡，介孔硅酸鈣對重金屬離子吸附速率大于改性介孔硅酸鈣；四種吸附劑對 Pb2+的吸附量順序為：MCSC-NH2>MCSC-SH>MCSC>AC；采用0.1 mol·L-1的三乙烯四胺溶液，對吸附后的介孔吸附劑進行脫附，經(jīng)過5次再生后MCSC-N

7、H2、MCSC-SH和MCSC三者的吸附量分別減少了0.335 mg·g-1、0.143 mg·g-1和0.541mg·g-1，改性有助于提高介孔硅酸鈣的再生能力。
　　(4)采用曲線擬合的方法，初步研究了吸附動力學(xué)和熱力學(xué)。結(jié)果表明：等溫吸附曲線符合Langmuir等溫吸附模型；根據(jù)Langmuir公式計算出其對重金屬離子的飽和吸附量順序為：MCSC-NH2＞MCSC-SH＞MCSC，表明改性后的硅酸鈣提高了對重金屬離子的吸附能

8、力；以MCSC-NH2和MCSC為吸附劑的吸附量順序為：Pb2+＞Cu2+＞Cd2+＞Cr3+，以MCSC-SH為吸附劑的吸附量順序為Pb2+＞Cd2+＞Cu2+＞Cr3+；三種硅酸鈣對重金屬離子的吸附符合準二級吸附速率方程和粒子擴散模型，此過程由膜擴散和內(nèi)擴散控制；改性后的MCSC-NH2和MCSC-SH對重金屬離子的吸附為吸熱反應(yīng)，為化學(xué)吸附，升溫對吸附有利；而未改性的MCSC對重金屬離子的吸附為放熱反應(yīng)，物理吸附。
　　總之