介孔分子筛MCM-41在废水处理中的应用分析

来源：

时间：2016-06-15 19:19:44

热度：

介孔分子筛MCM-41在废水处理中的应用分析　　随着我国工业的高速发展，工业废水的排放量日益增加。未经处理的废水会对水体产生严重污染，使可供利用的水资源数量日益减少，对人民生活和

　　随着我国工业的高速发展，工业废水的排放量日益增加。未经处理的废水会对水体产生严重污染，使可供利用的水资源数量日益减少，对人民生活和身体健康产生严重的危害。废水处理的常用方法主要有电解法、化学沉淀法、吸附法、催化降解法等。其中吸附法是一种成熟、简单易行的水处理方法。固体吸附剂能有效去除废水中多种污染物，特别是那些采用其他方法却难以有效处理的剧毒和难降解的污染物。常用的吸附剂，有活性炭、黏土类吸附剂、树脂、煤质吸附剂等。与传统固体吸附剂相比，介孔分子筛MCM-41有着不可比拟的优点：具有高度有序排列的孔道结构、孔径均匀且尺寸可调（2~50nm）、高比表面积（500~1200m2/g）、较大的孔体积（0.8~1cm3/g）及吸附容量。更重要的是MCM-41孔道表面具有易于修饰的硅羟基，可以通过硅烷基化反应，将功能化基团牢固地结合在孔道表面，增加了表面活性位点，从而增加了MCM-41的吸附容量和选择性。目前，用有机官能团进行介孔材料的功能化是国内外课题组研究的热点之一。笔者就近几年介孔分子筛MCM-41用于处理废水中污染物的应用情况进行综述。

　　1、介孔分子筛MCM-41的合成及改性

　　1.1合成MCM-41的基本原理

　　介孔分子筛MCM-41一般采用具有较长碳链的表面活性剂作为模板剂进行合成。表面活性剂由亲水层和憎水层两部分组成，随着其在水溶液中升高到一定浓度，会形成棒状的聚集形态。此时表面活性剂的浓度被称作临界胶束浓度。对MCM-41介孔分子筛合成机理的研究主要是围绕表面活性剂在溶液体系中的状态展开的。其中比较典型的合成机理有：液晶模板机理、协同作用机理、电荷匹配机理、相结构位移机理。

　　1.2合成介孔分子筛MCM-41的基本方法

　　随着对MCM-41研究的不断深入，合成工艺有了许多的改进，成功地合成出许多结构和性能都更加优异的介孔分子筛MCM-41。CongyanChen等采用改进后水热晶化法，成功制备出硅铝比很低的MCM-41介孔分子筛，使用NMR检测并没有发现骨架中含有铝氧八面体，通过NH3-TPD表征，硅铝MCM-41酸性类似于无定型硅酸铝。A.C.Voegtlin等在室温条件下，考察了pH（pH为8.5~12）对合成纯硅MCM-41分子筛的影响，并在低碱度（pH=8.5）合成了孔径为2.6nm的MCM-41纯相。Q.Huo等在酸性条件下考察了阳离子、阴离子表面活性剂对合成的影响，并在表面活性剂浓度低于临界胶束浓度合成出MCM-41介孔分子筛。该方法合成温度比较低、模板剂需要的量比较少，更容易实现放大生产。MCM-41合成所需要的模板剂价格比较昂贵，而且工艺繁琐、合成时间太长（2~7d），为了克服上述缺点，孙研采用微波法进行预处理，合成时间缩短至10~15min，其脱模仍采用传统方法，在550℃煅烧7h。张迈生等将晶化和脱模全部在微波条件下进行，晶化时间为10~15min，脱模仅需1h。

　　1.3介孔分子筛MCM-41的改性

　　MCM-41介孔分子筛具有许多优点，但是从化学角度看，其骨架组成主要是由无定形的SiO2组成，纯硅骨架的酸强度较弱、离子交换能力差，这些不足会造成MCM-41介孔分子筛化学功能单一。为了扩展MCM-41的应用领域，需要对其进行改性修饰。目前，主要的修饰方式包括：金属杂原子掺杂、活性组分负载以及有机功能化。

　　1.3.1金属掺杂

　　金属掺杂主要的方法是在进行水热合成之前，将需要掺杂的目标金属离子加入到水热反应体系中。采用这种方法已经成功将B、Bi、Zr等多种原子进入MCM-41的骨架之中。离子交换法是通过未脱模的分子筛原粉孔道内部的模板剂离子与某些金属离子进行离子交换，对内部骨架进行改性。YeWang等通过离子交换法，使用模板剂离子与钒离子进行交换，合成出V-MCM-41。T.A.Konovalova等应用该方法合成出Ni-MCM-41。后嫁接法是通过孔道氧化硅表面的硅醇键与金属氧化物、金属醇盐等发生反应，金属通过共价键被固定在MCM-41的骨架上。