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介孔分子筛MCM-41在废水处理中的应用分析

2015-06-27 00:01
九一隐士
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  1.3.2负载法

  负载法是以MCM-41为载体,通过浸渍法、共沉淀法等将需要添加的活性组分负载在孔道内,以达到修饰的目的。被负载的活性组分有很多种,例如金属元素、金属氧化物、无机酸、杂多酸和有机碱等。

  1.3.3有机功能化

  有机基团修饰的目的主要是在保持介孔分子筛原有优良性质不受较大影响的情况下,通过改变其表面性质,进一步扩大其应用范围。对介孔分子筛进行有机功能化的方法主要有接枝法、共缩聚法和有序介孔有机硅法等。1996年,D.J.Macquarrie使用缩聚法将常见的有机碱性基团功能化试剂3-胺丙基三甲(乙)氧基硅烷引入介孔氧化硅中。H.P.Lin等将MCM-41先进行氯丙基修饰,再将吡咯烷、嘧啶等有机碱联接在孔道表面上。?魣.Berenguer?鄄Murcia等使用接枝法将巯基(—SH)联接到MCM-41上,相比未进行改性的MCM-41对Hg2+具有更高的吸附量。S.Carloni等采用后氧化的方法在MCM-41表面成功引入强酸性基团—SO3H。J.Frasch等用丙基三乙基硅烷作为功能化试剂合成了正丙基功能化的MCM-41。

  2、介孔分子筛MCM-41在废水处理中的应用

  2.1对废水中金属的吸附

  在水体中重金属不能被生物降解,只能在各种形态之间相互转化、分散和富集,以化合物或离子形态存在。带正电的重金属离子在水中易被带负电的胶体粒子所吸附。MCM-41经过功能化改性通过表面嫁接巯基或氨基可以对水中重金属进行有效吸附,尤其对水中的痕量重金属去除具有更明显的效果。D.Pérez?鄄Quintanilla等使用3-氯丙基三乙氧基硅烷作为功能化试剂,将氯基官能团引入MCM-41的内表面上,再用2-巯基噻唑啉改性样品得到表面含有巯基的MCM-41,并做了吸附水中汞离子的研究,其最大吸附量为0.7mmol/g。该研究组使用5-巯基-1-甲基-1-氢-四唑改性MCM-41,制备出MTTZ-MCM-41,进行了Zn2+吸附研究。在最优吸附条件下(pH=8,搅拌2h),吸附量达到1.59mmol/g,而未经改性的MCM-41吸附量只有0.01mmol/g。pH=8的条件下官能团中的氮原子和硫原子均与Zn2+进行配位,而在低pH的条件下,只有硫原子进行配位。溶液中存在的乙醇和其他金属离子(Cu2+、Mn2+、Ca2+和Mg2+)对MTTZ-MCM-41吸附效果没有产生很大的影响。经过三次再生循环使用,MTTZ-MCM-41仍保持了优良的吸附效果。张翠等用巯丙基三甲氧基硅烷改性MCM-41去除水中的Pb2+,同时考察了pH和吸附时间对去除效果的影响,发现较高pH条件下更有利于Pb2+的去除,低pH时溶液中的H+对吸附位有竞争作用,最佳吸附时间为9h,最大吸附量为36.39mg/g。K.F.Lam等〔26〕在MCM-41上嫁接氨丙基和羧基选择性分离水中的Cr2O72-和Cu2+。在单组分和双组分的吸附试验中,pH小于3.5时,NH3+-MCM-41可以对水中的Cr2O72-进行100%的吸附,而没有吸附其他阳离子。在pH为1.5~5.5的条件下COO-Na+-MCM-41只对Cu2+进行吸附。

  2.2对废水中阴离子的吸附

  在中性条件下,MCM-41由于表面含有—SiOH和—Si—O—Si—官能团,其表面带负电荷,因此实现对溶液中无机阴离子的吸附,则需要通过改性使MCM-41的表面带正电荷。T.Yokoi等用Fe3+配位氨基改性的MCM-41(Fe/NN-MCM-41)去除水中有毒阴离子即砷酸根、铬酸根、硒酸根和钼酸根。发现改性后的MCM-41结构受到一定的破环并且比表面积和孔径大大减少,其对各个有毒阴离子的最大吸附量分别为1.56、0.99、0.81、1.29mmol/g。A.Benhamou等首先通过后处理对MCM-41进行扩孔,使用十二烷基二甲基叔胺(DMDDA)、月桂胺(DDA)、十六胺(HDA)进行氨基功能化,对铬酸根最大吸附量分别为134.6、159.2、184.6mg/g;对砷酸根最大吸附量分别为95.2、119.6、86.5mg/g,与未经处理MCM-41的吸附量相比,提高了5~10倍。

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