介孔分子篩在廢水處理上的應用范文

本站小編為你精心準備了介孔分子篩在廢水處理上的應用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1998年，趙東元等[1]首次用非離子表面活性劑聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)為模版劑，在酸性條件采用溶膠-凝膠法合成了顯二維六方非晶體粉末狀的介孔氧化硅分子篩SBA-15。由于SBA-15具有高的比表面積和孔容，特別是5~30nm[1]大的孔徑范圍、較厚的孔壁（壁厚可達6.4nm）[2]，這使得SBA-15具有優良的傳質速率、良好的水熱穩定性，因此引起了廣泛的研究熱潮。介孔氧化硅材料SBA-15孔內外表面含有3種硅羥基：孤立的、孿式的（geminal）和氫鍵的羥基。但只有那些自由的羥基（孤立的硅羥基—SiOH和孿式的硅羥基=SiOH））才具有高的反應活性，而氫鍵的羥基只要通過加熱等方式就能得到自由的羥基。數量眾多、高反應活性的羥基使得SBA-15具有強大的功能化潛力，這也是目前SBA-15研究的熱點。相比于目前含重金屬廢水[3]和含難降解有機物廢水[4]治理常用的吸附法而言，如無機吸附劑活性炭、膨潤土、沸石和殼聚糖等做吸附劑，功能化SBA-15具有易再生、可回收被吸附物回收簡便、二次污染小、吸附量大等優點，因此功能化SBA-15在難降解廢水上有著很大的應用前景。

1功能化介孔分子篩SBA-15的合成

SBA-15的合成是將P123作為模版分子，TEOS作為硅源，在酸性和一定溫度條件下進行溶膠-凝膠反應的過程。歸納起來，合成SBA-15會經歷P123溶解（酸性條件）—硅源的加入（水解縮聚）—晶化（進一步縮聚、固化）這大致三個過程[5]。SBA-15目前較合理的合成機理是stucky小組提出的協同作用機理（CFM），該機理認為無機前驅體和有機模版劑在分子水平上物種相互之間的協同合作共組裝是有序介觀排列結構的來源，可表示為(S0H+)(X-I+)（S0代表表面活性劑P123，X-代表陰離子，I+代表Si+或Si-OH+），其間存在氫鍵、范德華力的作用。SBA-15功能化目前有一鍋法、預水解法、后修飾法，對于不同的功能基團由于其水解速率、親疏水性、質子化程度等化學性能的不同會采取不同的功能化方法。

1.1一鍋法一鍋法除將硅源與功能單體混合后再一起加入到P123溶液中以外，其他與空白SBA-15合成過程一樣的合成方法。由于大多功能基團直接與硅源同時加入會影響SBA-15有序介觀結構的形成，所以此方法很少使用。但也有人采用保護基團的方法，消除了功能基團對SBA-15雛形形成的影響，得到的材料顯現出很好的介觀結構。

1.2預水解法預水解法是將硅源或功能單體先加入P123溶液中，水解一段時間后再加入另外的功能單體或硅源進行溶膠-凝膠的過程，包括硅源的預水解和功能單體的預水解兩種方法。硅源預水解由于硅源已經水解了一段時間，SBA-15雛形已經基本形成，因此再加入功能單體對有序介觀結構的影響也很小，在一定功能單體的含量下得到的材料具有良好的有序性；然而功能單體預水解是主要考慮硅源與功能單體水解速率的不同而設計的一種方法（這里只針對水解速率比硅源快的部分功能單體或其保護后的物質），最后得到的材料同樣具有良好的有序性。

1.3后修飾法后修飾法相對前兩種方法最為簡單，該法先合成空白SBA-15，然后通過甲苯回流將功能單體合并到SBA-15的表面。后修飾法最大的好處在于其可以將任意功能單體合并到SBA-15上，克服了一鍋法和預水解法功能單體會影響SBA-15介觀結構形成的缺點，這也是該法目前最為常用的原因，但是后修飾法最大的缺點在于合并到SBA-15上的功能基團大部分在孔外表面，大多數功能單體會堵在孔道口而減小了功能單體在孔內表面的分部。

2功能化介孔分子篩SBA-15的在廢水處理上的應用

功能化介孔分子篩SBA-15具有廣泛的應用前景，由于功能基團的合并，可以實現SBA-15的定向改性，從而得到具有確定功能的材料。目前重金屬廢水和難降解有機物廢水很難得到有效的控制，因此導致了目前嚴重的重金屬污染和難降解有機物污染等環境問題的發生。將功能化介孔分子篩SBA-15引入到廢水處理領域不僅能解決日益惡化的環境問題，而且能夠較易實現的重金屬回收和難降解有機物集中處理工作。

2.1重金屬吸附重金屬是指相對密度大于5的金屬，約有45種，包括鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)等。砷(As)雖不屬于重金屬，但因其來源以及危害都與重金屬相似，故通常列入重金屬類進行研究討論。對環境危害較大的重金屬主要有汞(Hg)、鎘(Cd)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)這五類。重金屬吸附是通過在SBA-15上合并入可以和重金屬離子發生絡合、螯合作用的方法實現的。在SBA-15上合并入巰基（-SH）可以較大量的吸附廢水中的汞、鉑、鉛等重金屬。Liu等通過后修飾法將巰丙基三乙氧基硅烷（MTPES）與SBA-15作用，合成了SBA-15(SH)，通過對含Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+真實廢水的處理，表明SBA-15(SH)對Hg2+有很好的吸附選擇性，且重金屬與巰基間的絡合作用非常穩定。Kang等采用后修飾法合成了Thio-SBA-15，通過單一體系吸附實驗得出Thio-SBA-15對Pt2+、Pd2+的吸附效果分別為0.092mmol•g-1、0.098mmol•g-1，通過Pt2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+和Pd2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+兩種多元體系得出Thio-SBA-15對Pt2+、Pd2+有顯著的選擇性。在SBA-15上合并入氨基（-NH2）可以較好的吸附廢水中的銅等重金屬。Liu等采取后修飾法將SBA-15與氨丙基三乙氧基硅烷（ATPES）作用得到了SBA-15(SH)材料，對Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+多元廢水體系進行處理，表明SBA-15(SH)對Cu2+有較好的選擇吸附性。SBA-15與其化合物的合并，得到了對銅等重金屬吸附效果較好的材料。Mureseanu等采用后修飾法將SBA-15與ATPES作用得到了NH2–SBA-15，再將鄰羥基苯甲醛（SA）與氨基作用得到SA–SBA-15，對四種金屬的多元體系，SA–SBA-15對銅表現除了良好的選擇吸附性。Zhu等采用預水解法，將1-甲基-3-三乙氧基硅丙基咪唑鎓氯（MTICl）與SBA-15反應，得到的SBA15Im0.25Cl-3h對Cr(VI)的吸附力可達1.74mmo/g。

2.2難降解有機物吸附隨著目前生活污水和工業廢水的種類和排放量不斷增加，越來越多的難降解有機物被排放到了自然水體，如酚、烷基苯磺酸、氯苯酚、農藥、多氯聯苯、多環芳烴、硝基芳烴化合物、染料及腐殖酸等，其中有些有機物具有致癌、致畸、致突變等作用，對環境和人類有巨大的危害。難降解廢水常用的技術是吸附法，目前常用的吸附劑有活性炭、大孔樹脂等，相比于常規吸附劑[4]，功能化SBA-15具有更大的吸附量、易再生、材料結構易控制以及可根據需要合并上不同的功能基團等優點，因此功能化SBA-15在吸附難降解有機物上有和好的前景。藥物生產廢水由于其成分的復雜性、難降解性，采用常規的廢水處理方法很難達到較好的效果。Bremner等采用一鍋法，FeCl3與TEOS一起加入P123酸性溶液得到Fe2O3/SBA-15材料，將Fe2O3/SBA-15材料與其他裝置組裝了于US/Fe2O3/SBA-15/H2O2（超聲波—芬頓）系統，最后得出584kHz頻率超聲波降解含酚溶液的效率最高。

3展望

SBA-15介孔材料從1998年首次出現，到現在只經歷了短短16年的時間，功能化SBA-15對重金屬的吸附研究目前研究較多，而對醫藥廢水的處理探索目前還是較少，有待進一步研究。通過將鉑（Pt）、鎢(W)、鈦(Ti)等催化金屬合并到SBA-15上可以得到對鉆井廢水具有良好吸附催化降解性能的功能化材料，這也是今后SBA-15功能化發展的一個方向。SBA-15目前仍處于實驗室階段，其工業化還有很長一段路要走，但相信功能化SBA-15產品會不久的將來應用與人們日常生活、生產。

作者：宋波 王安 單位：四川大學建筑與環境學院