介孔氧化硅在水污染防治中的应用探析

作为一种由无机或无机-有机组成的多孔性能的材料, 介孔氧化硅已成为目前市场上极具吸引力的一类吸附剂。其孔径约为2~30nm, 结构稳健, 空间广阔, 同时兼具晶体材料的多孔性能和胶体材料的不定性性能。另外由于其自身的长程有序性等特点, 介孔氧化硅在环境污染防治、化学传感等方面均得到了广泛的应用。

1 在水体有机物吸附中的应用

目前, 吸附法和催化降解是吸附水体有机物最常用的方法。其中吸附法中最长使用的便是聚合物吸附剂和碳基, 值得注意的是, 由于目标物分子很难进入微孔孔道, 所以微孔吸附材料并不适合水体有机分子的去除而更适合气态污染物的去除。

(1) 保留模板剂的介孔氧化硅材料鉴于模板剂在孔道形成过程所发挥的独特的作用, 保留模板剂已成为解决疏水性问题的关键。不同结构的模板剂解决疏水性的能力也不同, 目前长链烷基三甲基铵是使用最频繁的模板剂。介孔氧化硅除了其独特的疏水性能外, 还可以借助静电的作用力来实现对有机物的吸附。实验证明, 介孔氧化硅的确可以实现对三氯乙酸的萃取, 有关学者认为这不是吸附剂与孔道之间的相互作用, 而是模板剂中阳离子与阴离子的静电吸引。此外, 本次研究还发现, 由于未去除模板剂的介孔氧化硅的疏水性能或者静电能力都更好, 未去除模板剂的介孔氧化硅的吸附性能比焙烧介孔氧化硅的吸附性能更好。

(2) 表面修饰的介孔氧化硅嫁接法或共聚法可以使介孔氧化硅的表面发生衍生化, 从而有效的改变介孔氧化硅的表面特效。疏水性修饰主要是指在介孔氧化硅表面修饰疏水性基团, 官能团功能化修饰是指在介孔氧化硅表面修饰负载官能团, 他们均属于介孔氧化硅表面功能化修饰的方式。除此之外, 为提高介孔氧化硅的吸附性, 也可以对无机离子进行表面修饰。

(3) 磁性介孔氧化硅材料降低吸附剂的颗粒大小可以极大的增加吸附剂与溶液的接触面积, 提高吸附剂的外比表面积, 加快对吸附物的吸附速率。而将磁性纳米粒子融入吸附剂骨架后, 即使吸附剂的颗粒极小也可以保证其具有较好的分离性能, 磁性吸附材料的优势正体现于此。经研究发现, 虽然介孔氧化硅具有高效的吸附性能, 但其却不易与溶液分离, 而加入磁性离子后, 吸附剂可以更容易的与溶液分离。

2 重金属离子去除中的应用

没有经过修饰的介孔氧化硅材料和有机物的吸附方式有所不同, 这种材料对金属重离子的选择性相对较弱, 所以目前对介质氧化硅的研究过程着重表现在功能化的基因种类拓展和吸附的质量以及吸附性能的改善方面。磷酸酯基、无机盐等功能集团可以在重金属离子的吸附过程中起到帮助。

无机盐可以大量的提高介质氧化硅的吸附能力, 一般无机盐作为吸附剂的例子比较多, 氯化锌可以提高吸附剂的表面积, 在制备活性炭的过程中发挥的作用更大。此外通过缩合反应制备的一些修饰基在介孔氧化硅吸附重金属离子铜时也发挥了重要的作用。

琉基功能化可以提高对汞的吸附力。在制备介孔氧化硅材料的过程中如果把氢氧化物当成制备的模板并加以修饰就可以提高对水体中汞的吸附能力。通过研究发现在其最高时候的吸附能力可以达到600mg/g。而且这种吸附根本不受温度的影响, 并且溶液也是可以再生的, 但是吸附剂有一定的选择性。

在铅元素的去除过程中可以采用一种新型的功能化材料作为吸附剂, 这种吸附剂需要和铅元素进行结合来实现对有机物的吸收, 并且需要保证其他的金属离子在本次吸附过程中不会受到任何的影响。实验发现在对铅元素的吸附过程中最大的吸附量可以达到199.98mg/g。这种溶液具有很好的选择性并且可以重复利用, 具有良好的经济效益。

去除铜元素也可以采用胺基修饰。实验发现阴离子对铜离子的吸附功能表现的较好。如果溶液中同时存在硝酸根和硫酸根的话, 一般来说硫酸根对铜离子的吸附过程更有帮助, 可以更快的吸附。因为硫酸根从化学上来看可以和阳离子结合成一种稳定的络合物, 而且不容易被溶解。另外酸碱度和温度都对其有一定的影响。在吸附温度为40℃左右时, 铬离子的吸附效率可以达到99.01%, 同时它也表现出了很好的选择性以及可再生能力。

3 结语

为了满足介孔氧化硅在水污染防治过程中的各种需求, 人们对其去除的研究也愈发广泛, 越来越多的介孔氧化硅开始被研制出来。水体有机污染物中的吸附能力越来越好, 但是仍然没有达到工业介孔氧化硅的生产要求。在吸附过程中受到了很多的影响因素。首先, 介孔氧化硅材料不能长期的存放, 否则会由于受到外界因素的影响而减短吸附剂的使用寿命。另外, 氧化硅吸附剂不能高效经济再生, 不能实现长期的循环利用。最后, 防治介孔氧化硅的技术不能达到经济型, 吸附设备以及吸附技术的成本非常的高。所以就目前而言, 研究出更加经济可靠的介孔氧化硅是其技术发展的首要任务。将这些问题依次解决之后, 介质氧化硅在工业上的应用范围将会更加的广泛。

摘要：凭借长程有序性等特点, 介孔氧化硅已成为目前市场上最具潜力的、最有前景的吸附材料之一。本文探究了介孔氧化硅在水污染防治中的应用, 主要包括介孔氧化硅在水体有机物吸附中的应用和其在重金属离子去除中的应用。

关键词：介孔氧化硅,水污染防治,水体有机物吸附,重金属离子

参考文献

[1] 朱增银, 张满成, 韦蒙蒙.介孔氧化硅在水污染防治中的应用研究进展[J].水处理技术.2015, (7) :11-16.

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