介孔吸附剂在去除水体中重金属离子中的应用

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,乙醇为溶剂,正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,采用挥发诱导自组装技术(EISA)合成了介孔硅材料.用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)对介孔硅材料进行表面修饰,得到了孔径为5.27 nm,比表面积为467.7 m2/g的巯基功能化的介孔材料.利用FT-IR、N2吸附-脱附、EA、SEM、TEM和XRD等方法分别测定了功能化前后介孔硅材料的结构和性质.以巯基功能化的介孔硅材料为吸附剂,以Cr3+、Cu2+为目标污染物,考察了介孔吸附剂对污染物的吸附性能.结果表明,-SH基团已成功接枝于介孔硅材料的孔道内表面.在T=303 K、pH值5、振荡时间1 h、振荡频率200 r/min的条件下,污染物重金属离子初始浓度低于0.4 mmol/L时,吸附剂对Cr3+、Cu2+的去除率分别在8O%和92%以上.介孔吸附剂对CP3+、Cu2+的等温吸附行为与Langmuir模型相吻合(R2>0.9912).介孔吸附剂的吸附性能受pH值(初始与终态值)、温度和重金属离子的初始浓度的影响显著.     

介孔分子筛Al-MCM-41的吸附脱氮性能研究

以硅酸钠为硅源,硫酸铝为铝源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用水热合成法制备出不同硅铝比(摩尔比)的介孔分子筛Al-MCM-41。利用XRD,BET等手段对合成分子筛进行了表征,并在间歇式吸附装置上对喹啉(吲哚)-液体石蜡模型化合物进行吸附脱氮实验。结果表明,所制备介孔分子筛Al-MCM-41具有较大的比表面积,适宜的孔径和较大的孔容;铝原子的加入可增加分子筛的酸性位,改善吸附性能;其对碱性氮化物喹啉的吸附性能优于对非碱性氮化物吲哚的吸附性能,且在最佳吸附温度120℃下,硅铝比为60的分子筛对喹啉的吸附效果最佳,而硅铝比为40的分子筛对吲哚的吸附效果最佳。     

功能化硅基介孔材料的合成及其CO2吸附性能

以传统的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和阴离子水溶性聚合物聚丙烯酸钠（NaPAA）为复合模板剂,在室温下合成了新型硅基介孔材料;选用聚乙烯亚胺（PEI）和硝酸镁（Mg(NO₃)2·6H₂O）对其进行改性,制备了PEI和MgO改性硅基介孔材料。采用X射线衍射、N₂吸附-脱附、静态体积法和程序升温脱附手段考察了该硅基介孔吸附材料的结构和CO₂吸附性能。结果表明,该硅基介孔材料具有较大的比表面积和孔体积以及均匀的孔道结构,可以使改性剂很好地分散在其孔道内;PEI和MgO改性的硅基介孔吸附材料对CO₂的吸附能力大大增强。在298 K下,PEI负载质量分数为16.7%的PEI改性硅基介孔材料对CO₂的吸附量最大,达到0.98 mmol/g;MgO改性的硅基介孔材料在MgO负载质量分数为20%时,对CO₂的吸附量最大。     

介孔硅分子筛原位改性功能化的研究进展

综述了介孔硅分子筛原位改性功能化的研究进展,选择将金属盐加入到酸性的合成溶液中和在介孔材料微粒形成时对其进行沉积镀饰,再经焙烧分解生成覆盖细密的强碱性表面层。该方法突破"后处理"改性的传统思路,在试样合成时实施改性,直接在强酸性体系中制备强碱性介孔材料和碱强度达到27的介孔超强碱。还综述了含氧酸盐的种类、添加方式对产物的形貌、孔结构及稳定性的影响。利用弱酸性和盐效应合成出具有双螺旋Ia3d对称性并经原位改性的立方相材料,采用原粉研磨法新技术,利用介孔材料里胶束与孔壁之间的超微空间,提供了介孔功能化的新材料。     

乙二胺丙基功能化的SBA-15介孔分子筛的合成及催化性能

以聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇为模板剂、正硅酸乙酯为硅源,在强酸和水热条件下合成了SBA-15介孔分子筛,用氯丙基三甲氧基硅烷和乙二胺对分子筛进行乙二胺丙基功能化。运用X射线衍射、傅里叶红外光谱、N2吸附-脱附等手段对功能化前后的SBA-15介孔分子筛进行了表征。以苯甲醛与乙酰乙酸乙酯的Knoevenagel缩合为模型反应,研究了功能化后的SBA-15介孔分子筛的碱催化性能。实验结果表明,功能化后的SBA-15介孔分子筛对反应具有催化活性,同时反应温度、反应时间、溶剂和活性组分的负载量等条件对SBA-15介孔分子筛的催化活性都有影响。催化活性随着催化剂活性组分负载量的增加而提高,但存在一个最佳值。当达到最佳负载量即硅烷偶联剂与SBA-15介孔分子筛的质量比为5∶1时,以乙醇为溶剂在80℃下反应90m in,苯甲醛的转化率,最大达到29.2%。     

介孔有机硅分子筛PMO-SO_3H的合成及催化性能

在碱性和水热条件下,以十八烷基三甲基氯化胺(ODTMA)为模板剂、有机硅为硅源,合成出含磺酸基的介孔有机硅分子筛PMO-SO3H。分别进行了XRD、红外光谱和TGA分析,并用N2吸附-脱附法测定其比表面积和孔分布,同时进行了苯酚烷基化反应。结果表明,磺酸基摩尔分数高达0.15时,仍然具有介孔分子筛MCM-41的完整晶体结构;比表面积和孔径随磺酸基含量的增加而降低,磺酸基摩尔分数为0.25时,比表面积和孔径仍保持较高值;含磺酸基的介孔分子筛比沸石分子筛催化剂具有更高的活性,介孔有机硅分子筛比介孔硅基分子筛具有更高的水热稳定性;磺酸基在分子筛表面的最佳摩尔分数为0.15。     

双模板条件下介孔结构ZSM-5沸石的合成

在具有介观大小的聚乙烯醇水溶性高分子模板(PVA)和小分子有机铵四乙基溴化铵(TPABr)共同存在条件下,合成了具有介孔结构的ZSM-5沸石晶体,合成产物通过XRD、N2吸附-脱附、SEM、FT-IR和DTG等手段进行了表征.结果表明,双模板条件下合成的ZSM-5沸石晶体比常规采用小分子四乙基溴化铵单模板合成样品含有更多的介孔,且合成体系中随PVA加入量的增多,样品所包含的介孔率增加.介孔的形成可能是由于沸石的溶胶对高分子物质PVA产生吸附并将其包裹进胶粒中,经过高温焙烧除去PVA后的结果.与传统的沸石晶体材料相比,这些发达的介孔结构可大大提高其大分子的可接近性.     

含磺酸官能团的有机-无机介孔材料的合成与催化性能研究

以(OR')SiRSi(OR')[R-C2H4-,-C6H4-]及(OMe)3SiCH2CH2CH2SH为硅源,在酸性条件下使用非离子型聚合物C18H37(OCH2CH2)10OH为模板剂,采用H2O2原位氧化法直接合成了磺酸基功能化有机-无机杂化介孔材料.XRD、N2吸附-脱附表征结果证明所制备的材料为六方有序介孔结构;紫外拉曼光谱和13C CP-MASNMR确证了-SH被完全氧化为-SO3H.制备的磺酸基功能化有机-无机杂化介孔材料在催化合成双酚A反应中显示出良好的催化性能.     

BEA、MOR、MFI及其二元共生沸石的介孔改性

用晶种诱导法合成二元共生沸石β(BEA)-丝光(MOR)(w(MOR)=50%)和ZSM-5(MFI)-MOR(w(MOR)=58%)。用碱酸处理法对商业BEA、MOR、MFI及共生沸石进行介孔改性。采用XRD、N_2吸附-脱附、ICP-AES、TEM、SEM/EDX等技术研究改性沸石的晶体结构和织构介孔性质。借助纯硅BEA,MOR,MFI的骨架密度、孔道拓扑和生成焓数据,考察脱硅选择性、介孔性质与沸石骨架结构和热力学稳定性的关系。实验结果表明,系列改性沸石具有较高的介孔率和结晶度保留率;改性沸石的介孔面积及介孔体积由大至小依次为BEA(t),BEA-MOR(t),MFI-MOR(t),MFI(t),MOR(t)。骨架密度和热力学稳定性降低导致脱硅选择性降低和介孔面积效率提高。     

改性微孔-介孔多级孔碳材料的制备及其甲苯吸附性能

为寻求高效有机废气吸附剂,选取石油化工行业特征污染物甲苯为研究对象,以MCM 41分子筛作为模板,制备大比表面积微孔 介孔多级孔碳材料。采用硝酸改性,分别考察了硝酸浓度、改性时间、改性温度对改性材料甲苯吸附性能的影响,并采用正交实验确定最佳改性条件。结果表明,合成微孔 介孔多级孔碳材料比表面积高达110408 m2/g,平均孔容为052 cm3/g,对模拟甲苯有机废气饱和吸附量可达0107 g/g;硝酸改性后,微孔 介孔多级孔碳材料甲苯吸附性能显著提高。最优的制备条件为硝酸质量分数20%、改性时间10 h、改性温度60℃。在此条件下制备的硝酸改性微孔 介孔多级孔碳材料的甲苯饱和吸附量可达0687 g/g。     

多巴胺改性海泡石的制备及吸附性能研究

采用廉价易得的海泡石作为吸附剂,对其进行多巴胺改性和磁改性,制备了PDA@SeP/Fe₃O₄复合材料,利用FT-IR、XRD、SEM对吸附剂进行了结构表征。实验考察了复合材料对亚甲基蓝的吸附性,结果表明:改性后的海泡石材料表面成功负载了多巴胺及Fe₃O₄;PDA@SeP/Fe₃O₄复合材料具有良好的吸附性及再生性能,在吸附时间3 h、45℃、pH=10条件下,该复合材料对亚甲基蓝能达到最好的去除效果,吸附量可达749.14 mg/g;PDA@SeP/Fe₃O₄复合材料对亚甲基蓝的吸附符合Langmuir模型,为自发的吸热过程,吸附焓变与熵变分别为7.033 kJ/mol和35.514 J/(mol·K),吸附行为遵循准二级动力学方程。     

新型β-环糊精交联聚合物的制备及其吸附亚甲基蓝性能的研究

以马来酸酐和乙二胺乃原料制备了马来酰胺酸,再将马来酰胺酸与β-环糊精进行交联聚合得到马来酰胺酸交联β-环糊精聚合物(PMCD)。采用FTIR方法对PMCD的结构进行了分析。表征结果显示,PMCD中含有预期的官能团。研究了亚甲基蓝(MB)的初始质量浓度、温度和溶液pH等吸附条件对PMCD吸附MB性能的影响。实验结果表明、PMCD对MB的吸附量随MB初始质量浓度的增大而增大;温度升高有利于PMCD吸附MB;在溶液pH=2～7时,PMCD对MB的吸附量随溶液pH的增大而增大;当pH>7时,吸附量基本不变。探讨了PMCD对MB的吸附动力学和等温吸附模型,PMCD吸附MB的动力学数据符合拟二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,为单分子层吸附。     

交联壳聚糖对酸性红B的吸附研究

实验以壳聚糖为原料,在碱性条件下以环氧氯丙烷对壳聚糖进行了化学改性,制得不溶于水的交联壳聚糖。研究了交联壳聚糖对偶氮染料酸性红B的吸附平衡规律,探讨了交联壳聚糖对酸性红B的吸附动力学规律以及初始浓度、pH值对吸附的影响,并且与壳聚糖在相同条件下做了对比实验。结果表明:交联壳聚糖对酸性红B的吸附性能优于壳聚糖。其吸附规律符合Langmuir吸附等温式,最大吸附容量为227.27 mg/g;其吸附动力学模型可以用准二级速率方程来描述,准二级动力学常数为4.06×10~(-4)g/(mg·min)。     

菌糠炭与微生物协同吸附-降解石油烃类污染物

以菌糠为原材料,在不同热解温度(250~650 ℃)下限氧热解制备菌糠炭,通过分析菌糠及菌糠炭结构的差异,探究其对微生物、石油烃的吸附性能及固定化菌株苍白杆菌Q1对石油烃的降解效果。结果表明：随着热解温度升高,菌糠炭对微生物吸附效果提高,其中550 ℃菌糠炭吸附固定化量最高为1.582×10¹⁰ CFU/g,SEM扫面电镜结果显示菌株主要吸附在材料表面。高温炭对石油烃吸附较好,其中550 ℃菌糠炭对胶质、沥青质吸附率最高,分别为36.33%、25.59%;吸附效果均与孔结构、芳香性相关显著,其协同微生物对石油烃四组分总体降解效率高,均优于其他热解温度下制备的菌糠炭组,pH值和有机碳含量对微生物吸附 降解影响较明显,550 ℃菌糠炭对微生物降解石油烃具有强化作用。     

Elimination of Safranin-O and a binary mixture of Safranin-O and methylene blue from water by adsorption on magnetite/Ag nanocomposite

The present research aimed at the removal of Safranin-O (Saf-O) dye and a binary mixture of Saf-O and methylene blue (MB) from an aqueous solution by adsorption onto the surface of magnetite/Ag nanocomposite to find a feasible and an effective route for cleaning the wastewater from these dyes. The nanocomposite was synthesized by the co-precipitation method in the presence of nanosilver which in turn was prepared by the reduction of Ag⁺ by sodium citrate. The nanocomposite was characterized by FT-IR, XRD, SEM, EDX, and TEM techniques. The adsorption of the single Saf-O and its binary mixture with MB was studied under the effect of several experimental conditions. These conditions were the initial concentration of dyes, nanocomposite dose, Ag to magnetite ratio, pH of the medium, presence of salt, time of contact, and solution temperature. The adsorption process followed pseudo-second-order kinetics The Langmuir and Freundlich adsorption isotherms were applied and the data were best fitted with the Langmuir model confirming monolayer adsorption of dyes. The maximum adsorption capacity was 46.3 mg/g for the single Saf-O and (38.46 + 34.97) for the (Saf-O + MB) binary mixture at 30 °C. The adsorption process was spontaneous and endothermic. The recyclability of the magnetite/Ag nanocomposite was confirmed through five reusable cycles where it can be considered a promising adsorbent for wastewater treatment from dyes.     

不同形貌介孔二氧化硅的振荡法合成及其对染料的吸附

采用恒温水热振荡替代传统介孔材料合成时的搅拌方式来制备介孔SiO2,考察了振荡频率对材料的形貌和孔道结构的影响,分析了振荡时硅物种和模板剂之间的界面作用机制。以亚甲基蓝为目标污染物,模拟染料废水,评价了不同振荡条件下所得介孔SiO2的吸附性能。结果表明,在振荡这一特殊外力场环境下,介孔SiO2可以形成“米粒”状、“核桃”状和六棱柱型“短棒”状等特殊形貌。这些特殊形貌的SiO2具有有序的介孔孔道和大比表面积。振荡频率较慢时所获得材料具有更大的比表面积和最可几孔径,其对亚甲基蓝的吸附量达到539 mg/g,吸附等温线符合Freundlich模型。     

壳聚糖/四氧化三铁复合微球的制备及其吸附铜离子的研究

选用Fe3O4作为磁性组分,用共沉淀法制备出了直径为40nm的纳米Fe3O4颗粒,利用乳化交联法在pH=9,60℃的条件下将壳聚糖和Fe3O4复合在一起制备出不同质量比的壳聚糖/Fe3O4磁性微球。通过X射线衍射、扫描电镜和振动样品磁强计研究了复合材料的结构、形貌和磁性。同时测试了磁性微球对Cu2+的吸附性能,结果表明在pH=5时材料有较好的吸附性,壳聚糖所占质量比越高吸附性能越好,m(壳聚糖)∶m(Fe3O4)=2∶1的吸附性最好;在pH=5时,吸附容量为78.15mg/g。     

改性蒙脱土对废水溶液中Cu(Ⅱ)的吸附研究

采用钠基蒙脱土,经十六烷基三甲基溴化铵(1631)和十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)有机改性剂分别改性后,对废水溶液中的Cu(Ⅱ)进行了吸附条件研究,考察了有机改性剂用量、改性蒙脱土投加量、搅拌温度和吸附作用时间等因素对吸附效果的影响。结果表明,经2种改性剂改性的蒙脱土对Cu(Ⅱ)均达到了理想吸附效果,较佳吸附条件是:1 631和1227用量分别为5%和7%;改性土添加量均为2.8 g/mL,搅拌温度为80℃;吸附作用时间分别为60 min和90 min。在此条件下,对实际电镀废水中Cu(Ⅱ)去除率分别为89.5%和75.8%,均优于未改性蒙脱土。     

金属有机骨架材料MOFs用于C8芳烃吸附分离的探索研究

采用混合溶剂热法,以硝酸铝和对苯二甲酸为原料制备了金属有机骨架材料MIL-53;使用XRD、SEM手段对合成样品结构进行表征;通过吸附等温线测试、液相静态吸附平衡实验、脉冲实验评价最优制备方法下材料的吸附性能。结果表明：制备的MIL-53材料呈现均一的尺寸和分布,晶粒尺寸为50~80 nm;该材料在相同温度和压力下对不同组分的吸附量不同,在铝盐与对苯二甲酸摩尔比为1:1的条件下,以2-甲基甲酰胺为溶剂,制备的MIL-53材料的甲苯吸附量最大;合成的MIL-53材料优先吸附邻二甲苯。     

生物炭对土壤中释放的石油类污染物的吸附

为探究不同来源生物炭对土壤释放到水中石油烃的吸附性能,选取麦秆炭、椰壳炭、稻壳炭和棉秆炭作为吸附剂。通过批量吸附实验,分别考察反应时间、生物炭投加量、pH值和溶液初始浓度对生物炭吸附石油烃性能的影响,并进行动力学和等温吸附拟合。结果表明：4种生物炭均有较高的比表面积,麦秆炭最大,达到729.12 m2/g。当溶液pH值为5、溶液初始质量浓度125.64 mg/L、稻壳炭投加量40 mg、其他生物炭投加量20 mg、反应5 h时,生物炭对石油烃的吸附效果达到最佳状态。4种生物炭对石油烃的吸附能力大小依次为麦秆炭、椰壳炭、稻壳炭、棉秆炭。准二级动力学模型能更好地描述4种生物炭的动力学过程,结果表明生物炭对石油烃的吸附为表面吸附和内部扩散等多种方式;Freundlich模型能够更好地反映等温吸附过程,结果表明生物炭对石油烃为多分子层吸附。