納米分子篩組裝體吸附水體中痕量甲基叔丁基醚及其機(jī)理研究.pdf

1、甲基叔丁基醚MTBE是一種廣泛使用的汽油添加劑,其廣泛使用導(dǎo)致在環(huán)境中不斷積累。國(guó)際上已經(jīng)將其列為可疑致癌物；1997年,美國(guó)環(huán)境保護(hù)署推薦飲用水中MTBE的濃度應(yīng)不高于20-40μg L-1。目前對(duì)于水體中MTBE污染治理與控制的研究尚處于初級(jí)階段。雖然有研究表明具有適宜孔道結(jié)構(gòu)的疏水型沸石分子篩可以吸附MTBE,但是該方面研究仍然較少,且人們對(duì)MFI型沸石是否能夠有效吸附MTBE存在爭(zhēng)議；同時(shí)研究大多使用微米級(jí)以下的超細(xì)粉末作為吸附

2、劑,這些粉末狀沸石材料不易操作,尤其是納米沸石易團(tuán)聚,嚴(yán)重影響了其孔道利用率。
　　 最近,現(xiàn)代納米工程技術(shù)的發(fā)展使得上述問題可以有效的解決。本論文嘗試將納米分子篩組裝體引入水環(huán)境中MTBE的污染控制,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米分子篩組裝體作為吸附劑具有潛在的價(jià)值,有可能大規(guī)模應(yīng)用于環(huán)境工程中對(duì)MTBE進(jìn)行污染治理和控制。
　　 首先,進(jìn)行納米沸石晶種的篩選。以自行合成的幾種具有典型代表性的納米沸石為吸附劑,研究納米沸石材料微觀結(jié)

3、構(gòu)和表面性質(zhì)對(duì)吸附水體中MTBE的影響。同樣條件下,幾種納米沸石對(duì)MTBE的去除率分別為:silicalite-1＞ZSM-5＞β＞Y＞A,與沸石的疏水性大小關(guān)系一致。實(shí)驗(yàn)證明孔道結(jié)構(gòu)和疏水性對(duì)吸附效果均有影響,在MTBE初始濃度μg L-1至mg L-1范圍內(nèi),沸石疏水性是主導(dǎo)影響因素；具有適宜孔道結(jié)構(gòu)的沸石,疏水性越強(qiáng),其對(duì)MTBE的親和力越強(qiáng),從而從溶液中去除MTBE的能力就越大。
　　 根據(jù)納米沸石晶種優(yōu)化結(jié)果,以納米s

4、ilicalite-1沸石為晶種,選擇環(huán)境廢棄物粉煤灰空心微珠FAC和硅藻土diatomite為載體,利用現(xiàn)代納米工程技術(shù)LbL靜電組裝和二次水熱生長(zhǎng)的辦法實(shí)現(xiàn)了納米沸石silicalite-1在粉煤灰空心微珠和硅藻土表面的組裝。粉煤灰空心微珠FAC和硅藻土diatomite,一種是熱電廠的廢棄物,一種是自然界中資源豐富的礦藏,選擇它們作為載體主要有兩方面因?yàn)?(1)廉價(jià)易得,是一種環(huán)境友好材料；(2)載體本身具有獨(dú)一無二的多次孔道結(jié)構(gòu)

5、。優(yōu)化的合成工藝顯示,S/FAC可以在相對(duì)較低的溫度下(140℃)、較短的時(shí)間內(nèi)(12 h)合成,較之S/D的合成條件180℃、24 h更為快捷簡(jiǎn)便,且得到的組裝體S/FAC對(duì)MTBE具有更好的吸附效果。從模版劑消耗的角度,S/D較經(jīng)濟(jì),合成1g組裝體S/FAC消耗模版劑TPAOH0.55g(質(zhì)量百分比20％的溶液),而合成等量的S/D僅需消耗0.39g TPAOH。
　　 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中,詳細(xì)討論了對(duì)吸附具有影響的幾個(gè)關(guān)鍵因素

6、:溶液初始濃度,吸附時(shí)間以及吸附溫度。以納米沸石silicalite-1為參照,S/FAC和S/D兩種納米分子篩組裝體顯示出與silicalite-1相似的吸附特征；實(shí)驗(yàn)表明合成的納米分子篩組裝體不但保持了載體原有的形貌,形成了大孔-微孔多級(jí)孔道系統(tǒng),同時(shí)保持并加強(qiáng)了納米沸石本身的特性。熱力學(xué)研究表明三種吸附材料對(duì)MTBE的吸附較好的符合了Langmuir吸附等溫模型,其在20℃時(shí)的靜態(tài)吸附容量分別為S/FAC(q max=92551μ

7、g g-1)＞silicalite-1(q max=64066μg g-1)＞S/D(qmax=48465μg g-1)。S/FAC比S/D具有更高的吸附容量可歸于其表面silicalite-1的負(fù)載量較高:S/FAC21％＞S/D12％。吸附動(dòng)力學(xué)研究表明,納米沸石silicalite-1以及納米分子篩組裝體S/FAC和S/D對(duì)MTBE的吸附過程符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。組裝后,納米分子篩組裝體對(duì)MTBE的吸附平衡時(shí)間縮短為12 h,比si

8、licalite-1快6 h,這是因?yàn)?(1)MTBE與載體表面納米沸石silicalite-1更充分的接觸；(2)組裝體的多級(jí)有序孔道有助于MTBE的傳質(zhì)擴(kuò)散。
　　 以S/FAC為固定床吸附劑裝柱進(jìn)行MTBE的動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn),流速、流入液初始濃度對(duì)S/FAC柱吸附MTBE有著顯著的影響,根據(jù)穿透曲線可知S/FAC對(duì)MTBE的動(dòng)態(tài)吸附容量約為62071.5μg g-1。對(duì)加油站的實(shí)地考察表明,加油站內(nèi)MTBE的污染確實(shí)存在,MT