氧化铈-二氧化硅介孔材料制备及对铜离子的吸附性能

采用共沉淀法和沉淀浸渍法制备了纳米氧化铈-二氧化硅（CeO₂-SiO₂）介孔材料吸附剂,主要考察了其对水中铜离子（Cu²⁺）的吸附行为。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和氮吸附（BET）等手段对合成的介孔材料进行了性能表征,并通过静态吸附实验分析了溶液pH、溶液初始金属离子质量浓度、吸附剂用量、吸附时间等条件对介孔材料吸附Cu²⁺性能的影响。结果表明：共沉淀法制备的纳米CeO₂-SiO₂介孔材料对Cu²⁺的去除效果较沉淀浸渍法要好;当溶液pH=7.0时CeO₂-SiO₂介孔材料对Cu²⁺的吸附效果最好,20 min时基本达到吸附平衡;溶液初始Cu²⁺浓度增大Cu²⁺去除率降低,Cu²⁺累计吸附量增大;随着吸附剂用量增加Cu²⁺去除率增大,当CeO₂-SiO₂吸附剂用量为0.15 g/L时对Cu²⁺的去除率趋于稳定;CeO₂-SiO₂吸附剂对不同金属离子吸附性能由大到小的顺序为Cu²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺,该吸附过程均符合准二级动力学模型。     

羧基化磁性Fe3O4复合材料的制备及其对水体中Pb2+的吸附研究

以采用共沉淀法制备的磁性Fe₃O₄为核,通过硅烷化及酰胺化反应,制备了羧基化磁性Fe₃O₄复合材料（Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH）,通过红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、磁强度计（VSM）和X射线衍射仪（XRD）等对复合材料的结构进行了表征,并对不同作用条件下Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH吸附Pb²⁺的效果及Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH的重复使用效能进行了研究。结果表明,具有Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH结构的复合材料已被成功被制备,且该材料仍然能够实现快速磁性分离;Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH对Pb²⁺的静态吸附动力学数据更符合准二阶动力学,吸附时间为100 min、pH=4.5、Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH用量为1.0 g/L时,Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH对Pb²⁺的最大吸附容量为208.7 mg/g,且Langmuir方程更能描述该吸附等温过程;Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH对Pb²⁺的吸附是吸热过程;Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH对Pb²⁺的吸附量随时间延长先增加后趋于稳定,随pH值的增加先增加后减小;相比于一价阳离子,溶液中二价Ca²⁺、Mg²⁺的存在对吸附反应具有一定抑制作用;Fe₃O₄?SiO₂?NH?COOH吸附Pb²⁺后可洗脱再生,连续重复使用6次后对Pb²⁺的去除率仍大于50 %。     

二氧化硅/聚噻吩复合吸附剂处理Pb2+和Cd2+

绿色环保、高效等特点是吸附剂发展的趋势。以溶胶-溶剂热法合成了SiO₂,再与聚噻吩反应合成了SiO₂/聚噻吩复合材料。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)以及Zeta电位对复合材料进行了表征分析。SiO₂/聚噻吩是表面粗糙的球形,且表面带有负电荷。SiO₂/聚噻吩复合材料用于吸附Pb²⁺和Cd²⁺离子,改变吸附过程中的变量来研究吸附过程的影响因素,通过探讨动力学和等温线模型来研究其吸附机理。研究结果表明,pH通过改变SiO₂/聚噻吩表面的电荷数来影响吸附性能,吸附容量与吸附剂的量不呈正相关。同时得知,SiO₂/聚噻吩吸附剂吸附Pb²⁺和Cd²⁺的过程符合拟二级动力学模型及Langmuir等温线模型。根据研究结果提出吸附机理:SiO₂/聚噻吩表面的负电荷吸引带有正电荷的重金属离子,以单分层的化学吸附为主吸附过程。     

黄磷渣制备二氧化硅吸附Pb2+的性能研究

为了探究水体中Pb²⁺有效去除方法，以黄磷渣为原料实现二氧化硅的制备、纯化及表征，以其为媒介探究不同因素下对Pb²⁺的吸附性能。结果表明：SiO₂表面成功接枝KH570,传质动力随吸附时间的增加逐渐减弱，吸附缓慢，吸附容量在30 min时饱和达到9.51 mg/g; 60 min后发生解析，导致吸附容量下降至9.38 mg/g。随着温度升高和溶液Pb²⁺浓度的增大，活性位点与Pb²⁺有效碰撞的机率增大，吸附容量达到12.3 mg/g;随着pH值升高吸附容量增大。笔者采用Langmuir和Freundlich模型探索吸附剂对Pb²⁺的吸附行为发现：Langmuir模型等温吸附适合描述吸附剂对Pb²⁺的吸附行为，且SiO₂对Pb²⁺的吸附符合二级动力学行为。     

海藻酸钠/二氧化硅杂化微球结构与吸附性能

利用海藻酸钠（SA）和正硅酸四乙酯（TEOS）为原料,并利用醇解TEOS提供二氧化硅（SiO₂）源与SA分子结构上的羟基（-OH）进行反应,制备一系列不同组分的杂化微球。采用旋转流变仪（DHR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X-射线光谱（XRD）、热重分析仪（TG）、扫描电子显微镜（SEM）和氮气吸附-脱附方法（BET）对杂化溶液的流变性能以及杂化微球的化学结构、结晶能力、热分解能力、微球形貌、比表面积和孔径进行分析,并研究了其对亚甲基蓝（MB）和重金属铜（Cu²⁺）的吸附能力。结果表明：SA/SiO₂杂化溶液体系黏度下降,在初始剪切速率25s^-1时杂化溶液黏度比SA黏度低了2.2Pa·s;FTIR图说明SA中羟基与TEOS中的硅氧键反应生成硅氧碳键,TEOS与SA发生化学反应;杂化微球结晶曲线中CA结晶特征峰强度降低,同时出现SiO₂的结晶特征峰;杂化微球分解温度由250℃提升到310℃,热分解温度提高;BET测试得到海藻酸钙（CA）比表面积为7.254m²/g,孔径为19.65nm,CA/SiO₂杂化微球的比表面积为49.151m²/g,孔径为21.75nm,杂化微球比表面积提高,孔径类型为介孔;当MB初始浓度为100mg/L时,SA/SiO₂杂化微球去除率达到87.09%;当Cu²⁺初始浓度为2.5g/L时,SA/SiO₂杂化微球去除率达到86.8%。     

松针基生物质碳气凝胶-氧化石墨烯复合电极的制备及其对铷、铯电吸附行为

盐湖卤水中的铷、铯是我国具有国际优势的战略资源。它们的分离提取一直是相关研究的难点。电吸附作为一种绿色环保的分离技术受到越来越多的关注,将其应用于铷、铯的富集分离具有较高的研究价值。以松针为原料,使用水热-冷冻干燥-高温碳化法制备了生物质碳气凝胶,以其为主要电极材料,通过添加氧化石墨烯制备了碳气凝胶-氧化石墨烯(PNCA-GO)复合电极,其对Rb⁺、Cs+、Cs⁺显示出了良好的吸附效果,吸附量分别达到0.197 mmol/g和0.209 mmol/g。这为以后廉价碳材料电极的制备及Rb+显示出了良好的吸附效果,吸附量分别达到0.197 mmol/g和0.209 mmol/g。这为以后廉价碳材料电极的制备及Rb⁺、Cs+、Cs⁺的电吸附行为研究提供了一定的参考。     

硝化腐植酸基离子印迹聚合物的制备及吸附性能研究

以腐植酸为原料、浓硝酸为氧化剂合成硝化腐植酸（NA）,再以硝化腐植酸为基质、N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为功能单体、Pb（NO₃）₂为模板、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂、过硫酸钾（K₂S₂O₈）与亚硫酸氢钠（NaHSO₃）为复合引发剂,经过沉淀聚合法制备铅离子印迹聚合物IIPs。利用SEM、FT-IR、TG-DSC表征所得产物,探究产物的结构与性能,并通过紫外-可见分光光度法（UV-Vis）研究了IIPs的吸附性能。结果表明,IIPs对Pb²⁺的最大吸附量为21.71 mg/g,该吸附过程符合二级动力学模型和Langmuir热力学模型;IIPs最佳循环次数为7次;在竞争离子Cu²⁺和Cd²⁺存在时,选择性系数分别为6.97(Pb²⁺/Cu²⁺)和7.36(Pb²⁺/Cd²⁺)。     

介孔SiO2吸附CO2的性能研究

以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,端氨基聚氧化丙烯醚（D2000）为模板剂,在水和乙醇的混合溶液中合成了蠕虫状介孔结构的介孔SiO₂（记为MSU-J）。采用物理浸渍的方法利用四乙烯五胺（TEPA）改性介孔MSU-J。采用红外、N₂吸附/脱附、元素分析表征改性介孔SiO₂。红外测试表明,经过物理浸渍可以将有机胺负载到介孔SiO₂上。N₂吸附/脱附试验表明,经过氨基修饰后,介孔SiO₂的介孔结构没有发生变化,但是介孔的孔容、孔径以及比表面积随着氨基浸渍量的增加而减小。在25℃和45℃,0.1 MPa下的纯CO₂吸附试验表明,氨基改性材料对CO₂吸附效果明显提高。当浸渍量为20%、吸附条件为25℃/0.1 MPa时,吸附量达到最大值138.6mg/g。当氨基含量继续增加时,吸附量反而降低。循环性试验表明,制备的吸附剂具有良好的循环性能,循环使用6次,材料的吸附量下降很少。     

聚乙二醇/SiO2定形相变材料在沥青中的相变储热性能

利用多孔二氧化硅的良好吸附性,将不同计量的聚乙二醇在硅溶胶胶凝过程中吸附于硅凝胶的孔隙结构中制备聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料（PEG/SiO₂ SSPCM）;并将其与熔融沥青共混获得不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料（Asphalt-SSPCM）。借助孔径分析仪和扫描电镜（SEM）表征了载体二氧化硅孔结构和PEG/SiO₂ SSPCM的表观形貌;通过X射线衍射仪（XRD）、综合热分析仪（DSC/TG）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）考察了沥青中PEG/SiO₂ SSPCM的晶体结构、储热性能、热稳定性及化学兼容性;通过本文作者课题组研发的温度模拟试验箱测试了Asphalt-SSPCM的降温效果。结果表明,二氧化硅凝胶具有丰富的孔结构并能将聚乙二醇吸附于其介孔结构中;沥青中PEG/SiO₂ SSPCM仍含有聚乙二醇晶体,其储热能力随聚乙二醇含量的增加而增大,当聚乙二醇含量为76.1%时,相变焓高达117.5J/g,且不同聚乙二醇含量的沥青-定形相变材料均表现出良好的热稳定性;PEG/SiO₂ SSPCM与沥青的化学兼容性良好,二者之间仅是物理作用;Asphalt-SSPCM的降温效果显著,可有效改善沥青路面的高温性能;并基于相变理论,分析了沥青-定形相变材料的相变储热原理。     

SiO2/Zn2SnO4/环氧丙烯酸酯涂层的阻燃性能

为了探究复合纳米颗粒对环氧丙烯酸酯（EA）涂层阻燃性能的影响，以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和正硅酸乙酯（TEOS）为原料合成了介孔二氧化硅纳米颗粒，以ZnCl₂和SnCl₄·5H₂O为原料合成了锡酸锌（Zn₂SnO₄）纳米颗粒，将它们复合制成了介孔二氧化硅/锡酸锌复合纳米颗粒（SiO₂/Zn₂SnO₄），并用X射线粉末衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）对其表征。将所制的纳米颗粒（介孔SiO₂、Zn₂SnO₄、SiO₂/Zn₂SnO₄）与丙烯酸、丙烯酰胺、EA复合，经UV光固化制备出3种涂层（SiO₂/EA、Zn₂SnO₄/EA、SiO₂/Zn₂SnO₄/EA），通过紫外-可见光谱仪、差示扫描量热仪（DSC）及氧指数测定仪等对涂层的透光率、热稳定性、阻燃性能进行测试。结果表明：SiO₂/Zn₂SnO₄/EA涂层的综合性能较佳，当SiO₂/Zn₂SnO₄质量分数为4.85%时，该涂层的热稳定性及阻燃性能最佳，其极限氧指数、燃烧级别、残炭率（500℃下马弗炉煅烧）和硬度分别为31、V-0、17.32 % 及6H。     

伊利石硅渣蒸汽辅助合成麦羟硅钠石及其对Cu2+的吸附研究

以伊利石硅渣为原料,采用蒸汽辅助转化法(SAC)合成了高产率、高结晶度的纯相麦羟硅钠石(Magadiite)。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)考察了钠硅比(n(Na₂O)/n(SiO₂))、晶化温度和晶化时间对合成样品结构及形貌的影响。结果表明,该体系的初步优化合成条件为钠硅比0.15,晶化温度170 ℃,晶化时间16 h,样品形貌为玫瑰花形(尺寸约12 μm)。对合成的Magadiite进行Cu²⁺吸附性能测试,探究了吸附剂用量、pH值、吸附时间和Cu²⁺初始浓度对吸附效果的影响。在吸附剂用量为2 g/L,pH值为5,吸附时间为30 min时,Magadiite对Cu²⁺的最大吸附量为25.99 mg/g。     

铝基锂吸附剂制备及其吸附性能研究

以氯化锂、无水氯化铝为原料,通过正交实验优化反应合成条件,采用“一步法”制备LiCl·2Al（OH）₃·nH₂O型铝基锂吸附剂。分别探究了吸附时间、吸附温度、溶液初始pH、溶液初始Li⁺浓度对吸附性能的影响,对吸附前后的无机铝吸附材料做了表征,并考察了吸附剂的离子选择吸附性及稳定性能。结果表明：最佳吸附条件为在45 ℃下pH=7的锂溶液中吸附2 h,吸附容量高达到8.66 mg/g。XRD、FT-IR表征结果表明：所制吸附材料有良好的稳定性。且该吸附剂对Li⁺分配系数（K=10.06）远高于其他金属阳离子,吸附材料经5次循环使用后,吸附容量仍能保持原来的91.5%。在西藏龙木错盐湖卤水中,对锂的吸附量达到5.24 mg/g。吸附平衡数据拟合结果表明：铝基锂吸附剂符合Langmuir等温吸附模型,吸附是发生在吸附剂表面的单层吸附;吸附过程符合伪二级动力学,是典型的化学吸附过程。     

锰渣-赤泥吸附剂制备及其对铜（Ⅱ）吸附性能

锰渣是锰矿石生产硫酸锰过程产生的酸性过滤渣,赤泥是拜耳法生产氧化铝过程产生的碱性废渣,两种废渣排放量大,综合利用程度低。以锰渣和赤泥为原料,混合焙烧制备锰渣-赤泥吸附剂,实现了两种废渣的中和,制得的吸附剂pH接近中性。研究了锰渣-赤泥吸附剂对溶液中2价铜离子的吸附性能,为废渣的综合利用提供新途径。考察了吸附时间、溶液初始铜离子质量浓度、溶液pH等条件对吸附剂吸附溶液中铜离子的影响。结果表明：不同焙烧温度制得的吸附剂对铜离子的吸附平衡时间为22 h;焙烧温度为700 ℃制得的吸附剂（A700）对铜离子的吸附效果最好,在固液质量体积比（g/L）为0.4∶1条件下,达到平衡时溶液中铜离子的质量浓度可从20 mg/L降低到0.053 mg/L,平衡吸附量为45.739 2 mg/g,对铜离子的吸附去除率达到99.72%。吸附剂A700对铜离子的吸附符合准一级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。     

氨基功能化铝麦羟硅钠石吸附Hg2+性能研究

以水热合成的铝麦羟硅钠石（简称AlMag）为基体,以氨丙基三乙氧基硅烷为功能化试剂,制备氨基功能化的新型吸附剂材料AlMag-NH₂,研究氨基改性过程对材料结构的影响及其对水溶液中Hg²⁺的吸附效果。表征结果显示,氨基官能团成功嫁接于AlMag基体上,功能化的AlMag-NH₂由初始的玫瑰花苞形貌变为片层状形貌,层间距和平均孔径增大,比表面积略微减小,pH_PZC升高。优化吸附实验条件,当溶液pH=5.0、吸附时间为360 min、Hg²⁺初始质量浓度为10 mg/L时,AlMag-NH₂的去除率达到88.82%,是相同条件下AlMag去除率的2.4倍。AlMag-NH₂的Hg²⁺饱和吸附量为20.62 mg/g,吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,该过程主要为化学吸附。     

污泥生物炭制备及其对磷的吸附性能研究

以污水污泥、粉煤灰为原料,以质量分数为30%的氯化锌溶液为活化剂,在不同温度下煅烧制备污泥生物炭,用于处理含磷废水。通过单因素静态吸附实验探讨了污泥生物炭对磷的去除效果,并探究了其吸附机理。结果表明：300 ℃制备的污泥生物炭具有较好的除磷效果;扫描电镜（SEM）、比表面分析仪、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）对原料和污泥生物炭表征结果显示,污泥生物炭煅烧前后的形貌及表面基团发生了显著改变,煅烧后样品的表面产生了较多微小空隙,比表面积增大,最高可达5.51 m²/g;在磷初始质量浓度为50 mg/L、吸附剂用量为16 g/L条件下,吸附在90 min达到平衡,磷的去除率高达93.73%;吸附过程符合准二级动力学方程及Freundlich等温吸附模型,最大饱和吸附量为9.615 mg/g;整个吸附过程ΔG⁰<0、ΔH⁰<0,是自发进行的放热过程;吸附过程除物理吸附外,同时涉及磷酸盐与吸附剂—OH或C—O共价键发生电子对配位作用,为物理-化学复合吸附;吸附剂第5次吸附为首次吸附量的85.74%,表现出较好的再生性能。     

磷钨酸铵复合材料对铷铯吸附性能的研究

针对卤水中铷、铯富集困难的问题,以磷钨酸铵为原料,通过与焦磷酸钛复合制备了一种新型吸附材料——磷钨酸铵-焦磷酸钛复合材料,用于吸附铷、铯离子。研究了复合材料对铷、铯离子的吸附过程热力学、动力学性能。动力学和热力学研究发现,准二级动力学方程和Freundlich吸附等温方程能较好地拟合吸附过程,相关性良好;热力学研究发现,ΔG ⁰、ΔH ⁰、ΔS ⁰均小于零,铷、铯在复合吸附剂上的吸附是自发进行的,复合吸附剂吸附铷、铯均为放热反应,升高温度不利于吸附的进行,吸附过程中固液界面的混乱度减小,是熵减过程。     

介孔氧化铝的结构调控及除氟性能研究

以铝酸钠（NaAlO₂）和氯化铝（AlCl₃·6H₂O）为铝源,分别以葡萄糖、壳聚糖、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为结构导向剂,采用水热反应和高温煅烧技术制备了纳米氧化铝粉体材料。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮气吸附-脱附和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等手段对产物进行了表征。结果表明,产物均为介孔γ-氧化铝（γ-Al₂O₃）,呈纳米颗粒状形貌,分散较为均匀。其中,葡萄糖调控的γ-氧化铝具有较大的比面积（437 m ²/g）和孔体积（0.60 cm ³/g）。4种γ-氧化铝对氟离子（F ^-）的吸附结果表明,葡萄糖调控的γ-氧化铝除氟效果最好。     

SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的简易制备及对罗丹明B的吸附

以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,氧化石墨烯（GO）为载体,在不添加任何还原剂的情况下,通过水热法简易制备SiO₂/还原氧化石墨烯（SiO₂/RGO）复合材料。采用TEM、FTIR、XRD、TG-DSC、N₂-吸附对复合材料的微观结构进行表征,分析表明：负载量为76.60%（质量分数）的SiO₂纳米颗粒均匀分散在RGO表面上,且部分以Si-O-C键进行配位;具有多级孔结构的SiO₂/RGO复合材料孔径主要分布在1~7nm,比表面积高达676m²/g。以罗丹明B为目标污染物,考察了pH、投入量、温度和接触时间等因素对复合材料吸附性能的影响,结果表明：在pH为2、35℃时,复合材料具有最佳的吸附效果,吸附量为127.8mg/g。动力学分析表明吸附过程符合准二级动力学模型,热力学参数揭示吸附过程为自发吸热过程。