介孔氧化硅在水污染防治中的應(yīng)用探析

張馨(貴州建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽 551400)

介孔氧化硅在水污染防治中的應(yīng)用探析

張馨(貴州建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽 551400)

憑借長程有序性等特點(diǎn)，介孔氧化硅已成為目前市場上最具潛力的、最有前景的吸附材料之一。本文探究了介孔氧化硅在水污染防治中的應(yīng)用，主要包括介孔氧化硅在水體有機(jī)物吸附中的應(yīng)用和其在重金屬離子去除中的應(yīng)用。

介孔氧化硅;水污染防治;水體有機(jī)物吸附;重金屬離子

作為一種由無機(jī)或無機(jī)-有機(jī)組成的多孔性能的材料，介孔氧化硅已成為目前市場上極具吸引力的一類吸附劑。其孔徑約為2~30nm，結(jié)構(gòu)穩(wěn)健，空間廣闊，同時兼具晶體材料的多孔性能和膠體材料的不定性性能。另外由于其自身的長程有序性等特點(diǎn)，介孔氧化硅在環(huán)境污染防治、化學(xué)傳感等方面均得到了廣泛的應(yīng)用。

1 在水體有機(jī)物吸附中的應(yīng)用

目前，吸附法和催化降解是吸附水體有機(jī)物最常用的方法。其中吸附法中最長使用的便是聚合物吸附劑和碳基，值得注意的是，由于目標(biāo)物分子很難進(jìn)入微孔孔道，所以微孔吸附材料并不適合水體有機(jī)分子的去除而更適合氣態(tài)污染物的去除。

(1)保留模板劑的介孔氧化硅材料 鑒于模板劑在孔道形成過程所發(fā)揮的獨(dú)特的作用，保留模板劑已成為解決疏水性問題的關(guān)鍵。不同結(jié)構(gòu)的模板劑解決疏水性的能力也不同，目前長鏈烷基三甲基銨是使用最頻繁的模板劑。介孔氧化硅除了其獨(dú)特的疏水性能外，還可以借助靜電的作用力來實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的吸附。實(shí)驗證明，介孔氧化硅的確可以實(shí)現(xiàn)對三氯乙酸的萃取，有關(guān)學(xué)者認(rèn)為這不是吸附劑與孔道之間的相互作用，而是模板劑中陽離子與陰離子的靜電吸引。此外，本次研究還發(fā)現(xiàn)，由于未去除模板劑的介孔氧化硅的疏水性能或者靜電能力都更好，未去除模板劑的介孔氧化硅的吸附性能比焙燒介孔氧化硅的吸附性能更好。

(2)表面修飾的介孔氧化硅 嫁接法或共聚法可以使介孔氧化硅的表面發(fā)生衍生化，從而有效的改變介孔氧化硅的表面特效。疏水性修飾主要是指在介孔氧化硅表面修飾疏水性基團(tuán)，官能團(tuán)功能化修飾是指在介孔氧化硅表面修飾負(fù)載官能團(tuán)，他們均屬于介孔氧化硅表面功能化修飾的方式。除此之外，為提高介孔氧化硅的吸附性，也可以對無機(jī)離子進(jìn)行表面修飾。

(3)磁性介孔氧化硅材料 降低吸附劑的顆粒大小可以極大的增加吸附劑與溶液的接觸面積，提高吸附劑的外比表面積，加快對吸附物的吸附速率。而將磁性納米粒子融入吸附劑骨架后，即使吸附劑的顆粒極小也可以保證其具有較好的分離性能，磁性吸附材料的優(yōu)勢正體現(xiàn)于此。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，雖然介孔氧化硅具有高效的吸附性能，但其卻不易與溶液分離，而加入磁性離子后，吸附劑可以更容易的與溶液分離。

2 重金屬離子去除中的應(yīng)用

沒有經(jīng)過修飾的介孔氧化硅材料和有機(jī)物的吸附方式有所不同，這種材料對金屬重離子的選擇性相對較弱，所以目前對介質(zhì)氧化硅的研究過程著重表現(xiàn)在功能化的基因種類拓展和吸附的質(zhì)量以及吸附性能的改善方面。磷酸酯基、無機(jī)鹽等功能集團(tuán)可以在重金屬離子的吸附過程中起到幫助。

無機(jī)鹽可以大量的提高介質(zhì)氧化硅的吸附能力，一般無機(jī)鹽作為吸附劑的例子比較多，氯化鋅可以提高吸附劑的表面積，在制備活性炭的過程中發(fā)揮的作用更大。此外通過縮合反應(yīng)制備的一些修飾基在介孔氧化硅吸附重金屬離子銅時也發(fā)揮了重要的作用。

琉基功能化可以提高對汞的吸附力。在制備介孔氧化硅材料的過程中如果把氫氧化物當(dāng)成制備的模板并加以修飾就可以提高對水體中汞的吸附能力。通過研究發(fā)現(xiàn)在其最高時候的吸附能力可以達(dá)到600mg/g。而且這種吸附根本不受溫度的影響，并且溶液也是可以再生的，但是吸附劑有一定的選擇性。

在鉛元素的去除過程中可以采用一種新型的功能化材料作為吸附劑，這種吸附劑需要和鉛元素進(jìn)行結(jié)合來實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的吸收，并且需要保證其他的金屬離子在本次吸附過程中不會受到任何的影響。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)在對鉛元素的吸附過程中最大的吸附量可以達(dá)到199.98mg/g。這種溶液具有很好的選擇性并且可以重復(fù)利用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

去除銅元素也可以采用胺基修飾。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)陰離子對銅離子的吸附功能表現(xiàn)的較好。如果溶液中同時存在硝酸根和硫酸根的話，一般來說硫酸根對銅離子的吸附過程更有幫助，可以更快的吸附。因為硫酸根從化學(xué)上來看可以和陽離子結(jié)合成一種穩(wěn)定的絡(luò)合物，而且不容易被溶解。另外酸堿度和溫度都對其有一定的影響。在吸附溫度為40℃左右時，鉻離子的吸附效率可以達(dá)到99.01%，同時它也表現(xiàn)出了很好的選擇性以及可再生能力。

3 結(jié)語

為了滿足介孔氧化硅在水污染防治過程中的各種需求，人們對其去除的研究也愈發(fā)廣泛，越來越多的介孔氧化硅開始被研制出來。水體有機(jī)污染物中的吸附能力越來越好，但是仍然沒有達(dá)到工業(yè)介孔氧化硅的生產(chǎn)要求。在吸附過程中受到了很多的影響因素。首先，介孔氧化硅材料不能長期的存放，否則會由于受到外界因素的影響而減短吸附劑的使用壽命。另外，氧化硅吸附劑不能高效經(jīng)濟(jì)再生，不能實(shí)現(xiàn)長期的循環(huán)利用。最后，防治介孔氧化硅的技術(shù)不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)型，吸附設(shè)備以及吸附技術(shù)的成本非常的高。所以就目前而言，研究出更加經(jīng)濟(jì)可靠的介孔氧化硅是其技術(shù)發(fā)展的首要任務(wù)。將這些問題依次解決之后，介質(zhì)氧化硅在工業(yè)上的應(yīng)用范圍將會更加的廣泛。

[1]朱增銀，張滿成，韋蒙蒙．介孔氧化硅在水污染防治中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]．水處理技術(shù)．2015,(7):11-16.

[2]秦慶東.功能化介孔材料MCM-41選擇性吸附水中污染物的性能研究[D]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)．2009.

張馨(1988- )，女，漢，貴州貴陽人，貴州建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助講，碩士學(xué)位，專業(yè)：環(huán)境科學(xué)，研究方向：水污染防治。