洋蔥狀介孔材料的合成優(yōu)化及其應(yīng)用性能研究.pdf

1、工業(yè)染料廢水具有高毒、難降解等特點(diǎn)，其有效的處理成為目前研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)報(bào)道的處理染料廢水的方法主要有主要有氧化還原、電滲析、吸附、化學(xué)沉淀等。其中吸附法選擇性高，操作簡單，處理效果好，是最廣泛的處理染料廢水的途徑。吸附法中性能最好的吸附劑是介孔材料。介孔材料是孔徑范圍在2至50納米之間的多孔材料，其比表面積高，孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則，常用于催化、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等各個領(lǐng)域。目前，人們已成功制備出了具有薄膜、球狀、纖維、單晶、洋蔥狀等形貌介孔材料，

2、其中洋蔥狀介孔材料相對于其它介孔材料熱穩(wěn)定性好，孔道結(jié)構(gòu)高度彎曲，具有更多的吸附位點(diǎn)，更高的吸附-脫附能力和負(fù)載能力，可作為一類良好的吸附劑用于染料廢水處理領(lǐng)域。
　　本論文采用水熱合成法來制備洋蔥狀介孔材料。以P123為模板劑，正硅酸四乙酯為無機(jī)前驅(qū)物，通過加入不同量的Span80來調(diào)節(jié)洋蔥狀介孔材料的層間距以及孔徑大小。與文獻(xiàn)報(bào)道的添加苯、三甲苯等擴(kuò)孔劑相比，Span80具有低毒、分散性和乳化性好等特點(diǎn)，且可促進(jìn)囊泡的形成。對

3、得到的介孔材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面表征并研究了其對廢水中染料的吸附，探討了染料吸附過程中的作用機(jī)理。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　?。?）當(dāng)擴(kuò)孔劑Span80與模板劑P123的質(zhì)量比為10％，15%，20%，25%時，得到介孔二氧化硅的形貌呈洋蔥狀，具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，孔道高度彎曲。其中當(dāng)Span80/P123的質(zhì)量比為20%時，洋蔥狀形貌最佳，比表面積最大為811.76 m2/g，球狀粒徑為480 nm，層間距在18~23 nm之間，孔徑約

4、為3.97 nm。當(dāng)Span80/P123的質(zhì)量比為30%時，得到的介孔材料呈泡沫狀。
　?。?）溶液的pH值、吸附劑的投加量、染料的初始濃度、吸附時間、以及吸附溫度等因素均會影響洋蔥狀介孔材料對亞甲基藍(lán)和羅丹明 B染料的吸附。在堿性條件下洋蔥狀介孔材料對亞甲基藍(lán)染料的吸附效果較好，最佳吸附pH值為10；在酸性條件下對羅丹明B染料的吸附效果較好，最佳吸附pH值為2。在一定范圍內(nèi)，吸附劑用量的增加、吸附時間的增長，溫度的升高均能使染

5、料的去除率，隨著染料初始濃度的增大，介孔材料對染料的去除率有所降低。
　?。?）通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Langmuir、Freundlich、Temkin等溫方程進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，洋蔥狀介孔材料（MS-10, MS-15, MS-20）對亞甲基藍(lán)的吸附等溫模型較符合Freundlich吸附等溫模型， MS-25和 MS-30對亞甲基藍(lán)的吸附等溫模型較符合Langmuir等溫模型；洋蔥狀介孔材料對羅丹明B的吸附模型符合Freundl

6、ich吸附等溫模型。
　　（4）采用準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型對洋蔥狀介孔材料吸附亞甲基藍(lán)和羅丹明B染料的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果表明運(yùn)用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型計(jì)算得出的理論吸附平衡值與實(shí)驗(yàn)值十分接近，擬合的相關(guān)系數(shù)R2值為0.99，洋蔥狀介孔材料對該兩種染料的吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。
　?。?）對洋蔥狀介孔材料吸附亞甲基藍(lán)和羅丹明B染料的數(shù)據(jù)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，得到各項(xiàng)熱力學(xué)相關(guān)參數(shù)。MS-10，MS-15，MS-20， MS-

7、25，MS-30對亞甲基藍(lán)染料的吸附焓變△H分別為43.92 KJ/mol，48.77 KJ/mol，55.52 KJ/mol，47.50 KJ/mol，45.54 KJ/mol，對羅丹明B染料的吸附焓變△H分別為15.29 KJ/mol，15.08 KJ/mol，25.44 KJ/mol，17.49 KJ/mol，14.75 KJ/mol，表明染料吸附過程為吸熱過程，在一定范圍內(nèi)，升高溫度促進(jìn)吸附反應(yīng)的進(jìn)行；MS-10，MS-15，M

8、S-20， MS-25，MS-30對亞甲基藍(lán)染料的吸附熵變△S分別為175.48 KJ/mol，192.6 KJ/mol，216.59 KJ/mol，188.03 KJ/mol，180.55 KJ/mol，對羅丹明B染料的吸附熵變△S分別為70.15KJ/mol，69.49 KJ/mol，105.1 KJ/mol，76.59 KJ/mol，66.18 KJ/mol，表明介孔材料吸附染料的過程中增加了固液界面體系的混亂度；在不同溫度下，洋