以硅藻土為原料合成介孔材料及吸附性能研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，重金屬造成的水體污染已經(jīng)成為嚴(yán)重的環(huán)境問題，直接威脅著人類的健康和生態(tài)環(huán)境。介孔分子篩由于具有較高的比表面積、可調(diào)變的孔徑和易于嫁接官能團(tuán)等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，被認(rèn)為是去除重金屬離子的優(yōu)良吸附劑。然而，介孔分子篩大多采用價(jià)格昂貴的化學(xué)試劑來合成，較高的合成成本限制了其廣泛應(yīng)用。因此，開發(fā)成本低廉、環(huán)境友好的介孔分子篩的合成方法具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。本論文以硅藻土為原料，合成了MCM-41介孔分子篩和ZSM-5/

2、MCM-41復(fù)合分子篩，并對MCM-41進(jìn)行表面修飾制備了氨基化的介孔分子篩NH2-MCM-41，將其用于重金屬離子的去除。主要研究成果如下:
　　(1)以硅藻土為原料，1-十六烷基-3-甲基溴代咪唑([C16mim]Br)為模板劑合成了MCM-41介孔分子篩。系統(tǒng)研究[C16mim]Br/SiO2摩爾比、pH、晶化溫度和時(shí)間等因素對樣品結(jié)構(gòu)的影響。在制備過程中，通過調(diào)節(jié)[C16mim]Br的用量可以得到具有特定大孔徑(3.3 n

3、m-4.9 nm)的MCM-41。合成的樣品具有較高的水熱穩(wěn)定性，在100℃沸水中可以穩(wěn)定存在5天。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了硅藻土制備高水熱穩(wěn)定性MCM-41的可行性。
　　(2)以硅藻土為原料，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑合成了MCM-41介孔分子篩。系統(tǒng)研究CTAB/SiO2摩爾比、pH、晶化溫度和時(shí)間等因素對樣品結(jié)構(gòu)的影響。合成的樣品具有較高的比表面積、較大的孔容和良好的熱穩(wěn)定性。在900℃，樣品依然保持良好的介孔結(jié)構(gòu)。

4、此方法既能夠有效利用硅藻土礦產(chǎn)資源，又可以大大降低介孔分子篩的合成成本。
　　(3)以硅藻土為原料，CTAB和四丙基溴化銨(TPABr)為模板劑，通過兩步晶化合成了ZSM-5/MCM-41復(fù)合分子篩。詳細(xì)探討合成的影響因素如晶化時(shí)間、晶化溫度、CTAB/SiO2和TPABr/SiO2摩爾比對樣品結(jié)構(gòu)的影響。最佳實(shí)驗(yàn)條件為:摩爾比組成為SiO2∶0.33 Na2O∶0.04 Al2O3∶0.18 CTAB∶0.20 TPABr∶56

5、 H2O的反應(yīng)混合物在pH=11.0，100℃下晶化2天;在pH=9.5，125℃時(shí)繼續(xù)晶化7天。此外，將ZSM-5/MCM-41復(fù)合分子篩和ZSM-5與MCM-41的機(jī)械混合物分別用X-射線衍射、掃描電鏡和氮?dú)馕?脫附進(jìn)行表征。結(jié)果表明，ZSM-5/MCM-41的結(jié)構(gòu)和機(jī)械混合物明顯不同，ZSM-5/MCM-41是具有有序的介孔相和微孔相的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
　　(4)通過后嫁接的方式將3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)修飾到MCM

6、-41表面合成了氨基化的介孔分子篩NH2-MCM-41。通過熱重-差熱數(shù)據(jù)分析得出，0.3NH2-MCM-41樣品中氨丙基的含量為3.09 mmol/g。將該吸附劑與Cd2+溶液混合進(jìn)行靜態(tài)吸附研究。系統(tǒng)研究APTMS的用量、pH、吸附時(shí)間和吸附劑用量等因素對于吸附性能的影響。吸附過程的限速步驟由膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散過程共同決定。0.3NH2-MCM-41樣品對于Cd2+的吸附過程符合準(zhǔn)一級動力學(xué)方程和Langmuir吸附等溫模型，最大吸