多孔硅酸鎂高效吸附材料的構筑及其重金屬離子吸附性能研究.pdf

1、大量含有過量有毒有害重金屬離子的工業(yè)和生活污水，不僅嚴重威脅著自然生態(tài)環(huán)境和人們的身體健康，而且已成為我國經濟可持續(xù)發(fā)展面臨的巨大難題。吸附法因操作簡單、周期短等優(yōu)勢，是治理重金屬離子污染的有效途徑之一，其實施效果主要取決于吸附材料的化學組成、晶體結構、表面性質和孔結構等要素。特殊的表面性質有利于促進吸附性能，而合適孔徑分布則能有效提高孔的利用效率。因此，構筑新型、高效、綠色、孔結構優(yōu)良的吸附材料對治理有毒有害重金屬離子污染具有重要的科

2、學意義與實際應用價值，將有利于促進我國經濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。
　　新型硅酸鎂層狀吸附材料具有來源豐富、綠色環(huán)保等優(yōu)點，但是其比表面積低和孔徑小等缺點直接制約著其吸附性能和應用領域。本論文以設計和制備能高效移除有毒有害重金屬離子的硅酸鎂吸附材料為研究目標，通過調控化學組成、表面性質、形貌以及孔結構等并突破相關關鍵技術，制備了系列高表面電荷、不同形貌、多級孔結構的硅酸鎂吸附材料，并以三種典型重金屬離子(Pb2+、Zn2+、Cu2+)

3、為代表，系統(tǒng)探討其對不同重金屬離子的吸附行為與吸附機理，并揭示硅酸鎂吸附材料對重金屬離子吸附性能與其化學組成和孔結構之間的構-效關系。論文主要研究內容和成果如下:
　　(1)基于硅酸鎂材料與陽離子間電荷吸引機理，發(fā)展了成核/水熱晶化隔離制備技術，制備了系列小粒徑、高比表面積硅酸鎂吸附材料，并通過表面電荷的調控與優(yōu)化，系統(tǒng)探討硅酸鎂吸附材料形貌、孔結構和表面電荷密度對Pb2+、Zn2+離子吸附性能的影響規(guī)律。研究結果表明，相較于傳統(tǒng)

4、水熱法，成核/水熱晶化隔離法能有效制備小尺寸和高比表面硅酸鎂吸附材料，其平均粒徑減小了75.8％，約為460nm，其比表面積則增加了121％，約為597m2·g-1;小尺寸和高比表面顯著提高了對Pb2+、Zn2+離子的吸附性能，對Pb2+吸附性能提高37.3％，為142.1mg·g-1，對Zn2+離子吸附性能提高25.3％，為46.5mg·g-1;通過對硅酸鎂吸附材料表面電荷的調控，大幅度提高了其對亞甲基藍的吸附能力，約提高了0.36倍

5、。
　　(2)基于溶劑界面效應，發(fā)展了混合溶劑熱法，通過調控乙醇/水混合溶劑比例，在無模板條件下可控制備了系列多級孔結構花狀硅酸鎂吸附材料，并詳細探討該吸附材料對Pb2+、Zn2+、Cu2+三種重金屬離子的吸附行為及其吸附性能與其孔結構間的構-效關系。研究結果表明，混合溶劑熱法能可控制備多級孔結構硅酸鎂吸附材料，其孔結構在0.5～200nm范圍內呈現多級孔分布，特別是介孔和大孔豐富，比表面積最高達708m2·g-1，平均孔徑達6.

6、89nm，遠高于文獻報道值;優(yōu)良孔結構的硅酸鎂吸附材料展現了優(yōu)異的重金屬離子吸附能力，對Pb2+、Zn2+、Cu2+三種重金屬離子的最大吸附量分別為436.7、78.8和52.30mg·g-1;通過EDTA二鈉溶液洗滌再生，循環(huán)使用3次后，對Pb2+吸附性能仍保持85％以上，具備一定循環(huán)再使用性能。
　　(3)基于結構拓撲轉變效應，發(fā)展了原位相轉變可控制備技術，以碳纖維為基底，以堿式碳酸鎂薄片包覆的碳纖維復合材料為前驅體，通過原位

7、與硅酸鈉反應，可控制備得到系列硅酸鎂包覆碳纖維的多級孔結構復合吸附膜材料，并詳細研究其對Zn2+、Cu2+離子的吸附行為及其吸附性能與孔結構間的構-效關系。研究結果表明，固態(tài)相轉變反應能成功制備得到多級孔結構硅酸鎂復合膜吸附材料，其孔主要分布在0.8～200nm范圍內，碳纖維表面硅酸鎂負載量約為27.3w，t％，比表面積最高為11m2g-1，平均孔徑最大為13nm;該膜材料對重金屬離子吸附快且分離簡便，其適宜應用pH范圍為4.0～7.0