疏水性介孔分子筛的制备及其吸附性能研究

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1992年Mobil Oil公司研究开发出一种新型的介孔硅材料MCM-41,其作为吸附剂及载体比沸石具有优势,归因于它相对大而可调的孔径(14-100A),大的表面积以及长程有序的孔结构。然而此材料具有很强的亲水性,热和水热稳定性差,同时不利于此类材料从富水环境中吸附有机物。研究表明经过阳离子硅烷改性的MCM-41材料对芳香类有机化合物呈现出增强的吸附能力。在当前的研究中,采用表面活性剂为模板剂常温一步合成疏水性介孔分子筛(MCM-41-dry)和通过煅烧去除模板剂得到亲水性介孔材料(MCM-41-cal),采用XRD、N2吸附-脱附等温线、FTIR、疏水性测试等技术手段对其结构进行表征,并对其吸附性能进行考察。分别以制备的两种分子筛作为吸附剂吸附焦化废水生物出水中COD和TOC组分,考察吸附剂浓度、pH值等对吸附过程的影响,并对吸附过程进行动力学拟合。结果表明,MCM-41-dry的吸附效果远远强于MCM-41-cal,归因于含有模板剂的材料表面具有较强的疏水性及含有高吸附容量的季铵基团。在25℃、吸附剂浓度为2g·L-1时,MCM-41-dry对焦化废水中COD和TOC的去除率分别达53%和66%,吸附量分别为64mg·g-1和17mg·g-1。拟二级动力学模型能够真实反映整个吸附过程。水样吸附前后的GC/MS数据表明,焦化废水生物出水中残留了长链烷烃、卤代物、多环芳烃等难降解有机物,经MCM-41-dry吸附后,各种物质浓度均得到降低,MCM-41-dry尤其对疏水性烷烃类有较好的吸附效果,表明该吸附剂能够优先吸附疏水性物质。此外,吸附剂对水具有一定的润湿性能,能与废水充分接触,从而利于其吸附水中的污染物,这使其用于实际废水的处理成为可能。为了证明MCM-41-dry的吸附选择性,特采用两种结构相似的酚类做为目标污染物进行吸附。实验中主要考察吸附剂的用量、pH值、共存离子等对吸附过程的影响。研究表明,MCM-41-dry对苯酚和邻氯苯酚都有一定的吸附能力,且对邻氯苯酚的吸附效果较好,这可能与两种物质的疏水性能有关,同时证明了其对疏水性有机物具有优先吸附的能力。以多环芳烃——菲为目标污染物,考察了疏水性介孔分子筛(MCM-41-dry)对水溶液中的菲进行吸附过程及吸附剂浓度、pH值等因素对吸附性能的影响。结果表明,MCM-41-dry对菲具有较高的吸附速率,1h内吸附反应接近平衡,吸附动力学符合拟二级动力学模型(R2>0.99);吸附等温线符合线性等温式,吸附过程遵循液固/相间分配机制;吸附为自发进行的放热反应。采用碱溶液对耗尽的吸附剂进行简单再生,再生后的吸附剂能够重新用于多环芳烃的吸附。
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