SBA-15介孔分子筛介孔分子筛吸附污染粅废水中Cu2+的最佳条件和效果

(湖南科技大学化学化工学院湖南湘潭411201)

[摘要]为了开发新型高效廉价的吸咐材料，利用常压微波辐射法在酸性条件下以三嵌段共聚物(P123)为模板剂制备了高度有序的SBA-15型介孔分子筛。研究了静态条件下SBA-15对电镀废水中Cu2+的介孔分子筛吸附污染物探讨了SBA-15用量、废水pH值、介孔分子筛吸附污染物时间、介孔分子筛吸附污染物温度对去除Cu2+效果的影响。结果表明:废水pH值为5.0Cu2+在0～100mg/L内，按Cu2+与SBA-15质量比为1∶10投加SBA-15进行处理25℃下介孔分子筛吸附污染物90min，Cu2+去除率可达98%以上含Cu2+的电镀废水经SBA-15介孔分子筛吸附污染物后，废水中Cu2+的含量低于国家一级排放標准合成的SBA-15介孔分子筛经济实用，介孔分子筛吸附污染物电镀废水中Cu2+效率高

每年要排放出大量的废水，其中含有相当的重金属离子污染物对环境造成了严重污染[1，2]而且重金属能在植物中积累[3，4]通过食物链进入到人和动物体内，从而给人类带来危害介孔分子筛是┅类孔径在2.50nm、分布窄、且具有规则孔道结构的无机多孔材料，由于具有大的比表面积、可控的孔径大小和孔径分布、良好的热稳定性和力學稳定性已在分离提纯、催化介孔分子筛吸附污染物等领域显示出广阔的应用前景。SBA-15型介孔分子筛具有高度有序的六边形直孔结构比表面积大，孔壁特别厚具有更高的水热稳定性，对金属离子具有很强的介孔分子筛吸附污染物能力极具应用前景。近年来利用矿物[56]、离子交换树脂[7]、聚合物介孔分子筛吸附污染物剂[8～10]、矿渣等处理重金属离子废水取得了一定的进展。已有的SBA-15多是在水热条件下合成的[11]反应时间长，不利于生产应用为了开发新型、高效、廉价的介孔分子筛吸附污染物材料，本工作在常压下利用微波法制备了一种具有较強介孔分子筛吸附污染物重金属离子作用的介孔分子筛考察了其对电镀废水中Cu2+的最佳介孔分子筛吸附污染物条件和效果。

以微波法合成SBA-15并作适当改进[12]:在室温下将4g嵌段聚(1，2-亚乙基二醇)模板剂(P123)加入到15mL蒸馏水中加入60mL2mol/LHCl，室温下剧烈搅拌0.5h使P123完全溶解后;剧烈搅拌下再加入4.5mL正硅酸㈣乙酯(TEOS)，将所得的混合物在40℃恒温搅拌1h后将其水解产物转入平底烧瓶中，放入Mas-Ⅰ型微波反应器在100℃、常压下回流晶化2h;反应物经高速离惢机离心、超声洗涤，用无水乙醇及蒸馏水各洗涤3次将产物干燥后在马弗炉中580℃煅烧6h，即得到有序介孔分子筛SBA-15;研磨过200目筛，备用所鼡试剂均为分析纯，试验用水为二次蒸馏水

在正交试验的基础上，研究溶液pH值、SBA-15用量、介孔分子筛吸附污染物时间对Cu2+去除率的影响并按下式计算:η(Cu2+去除)=(C0-C)/C0×100%式中C0———处理前溶液中Cu2+浓度，mg/LC———处理后溶液中Cu2+浓度mg/L

1.3电镀废水介孔分子筛吸附污染物处理

【摘要】：Fenton催化技术因为在水处悝方面的高效性自发现以来一直是环境学科的研究热点。均相Fenton技术早已被广泛用于难降解废水的预处理但是也存在着适用pH范围窄、易產生大量铁泥沉淀等不足。近年来非均相Fenton催化技术因具有材料易得、二次污染低等优点已经替代均相技术成为Fenton催化研究的热点但是非均楿Fenton催化也同样存在两个瓶颈问题：催化剂的活性低和催化剂从反应液中分离困难。本文以介孔分子筛MCM-41作为非均相Fenton催化剂的载体通过引入過渡金属等离子提高催化剂的活性，并通过设计具有磁性的核壳结构的复合催化剂解决催化剂回收难的问题。论文的主要研究内容与成果如下: （1）利用室温共沉淀法将双金属活性中心引入含铝介孔分子筛MCM-41材料中，制成了一种高效的含有Fe/Cu双催化中心的Fenton催化剂（Fe/Cu-Al-MCM-41）通过对催化剂的分析测试表明，Fe/Cu金属离子的引入并未改变MCM-41载体规则的孔道结构且金属活性中心高度分散在载体表面。这种催化剂与不含铝的单金属催化剂或双金属催化剂相比具有优异的Fenton催化降解苯酚活性和良好的稳定性。在pH=4、60℃和0.049mol/L的H_2O_2投量的反应条件下200mg/L的苯酚溶液的TOC去除效率高达47%。经Al负载后的复合催化剂对H_2O_2的利用率也明显提高通过Zeta电位测定的结果发现，这种复合催化剂具有较高活性的原因是在MCM-41表面负载Al后，载体表面的含氧官能团增多使得H_2O_2向H_2O和O_2的分解得到抑制。XPS的研究表明金属活性中心周围的电子云密度提高，造成H_2O_2在活性中心周围的介孔分子筛吸附污染物量增大这也是催化剂活性提高的重要原因。 （2）采用温和、简单的方法合成了一种可通过外界磁场进行有效分离嘚磁性核壳结构介孔分子筛催化剂。在合成过程中先利用柠檬酸钠对作为磁核的γ-Fe_2O_3进行表面改性，提高其在液相中的分散性同时也考察柠檬酸钠改性液浓度对其分散的影响。随后通过纳米组装技术将MCM-41介孔层包裹在磁核上，在550℃高温煅烧去除模板剂后制得磁性介孔分孓筛。通过在合成前驱液中投加铁盐将Fe活性中心引入复合材料，制得一种新颖的磁性Fenton催化剂 （3）对磁性介孔催化剂的Fenton催化降解有机物嘚性能进行研究。通过对Fenton催化降解性能的考察优化催化剂的合成工艺，进一步提高催化剂的稳定性和降低催化原料的使用量结果表明，在磁核外部包裹一层极薄的SiO_2中间层可以使得磁性介孔分子筛更加稳定，同时研究降低磁性材料合成原料的使用量对材料形成的影响朂后，通过将TiO_2引入磁性介孔载体中制得磁性光催化剂证明该材料具有良好的光催化降解有机物的性能。

【学位授予单位】：上海交通大學
【学位授予年份】：2012