科技的进步使得现代化工业水平发展迅猛,由此而来也急速增添了废水的排放量。2015年,全国地表水总体为轻度污染,部分城市河段污染较重。全国废水排放总量695。4亿吨,其中工业废水排放量高达209。8亿吨[]。工业废水中的众多重金属离子造成了我国水体重金属污染问题及其严峻的局面。因此,研究如何防范重金属废水问题就显得及其重要。
实际应用中,去除污染水体中低浓度重金属离子的重要手段之一就是吸附法。当前阶段,我们实验探究的吸附剂种类繁多,然而各种吸附剂之间的吸附容量参差不齐,材料的使用成本也不尽相同。在此种情况下,开发出新型高效、经济实惠且可以普遍使用的吸附材料成为吸附法是否可以成功使用的关键点。
近年来,一种新的吸附剂——通过有机与无机物组份间的超分子组装或协同效应而杂化形成的硅基介孔原料成为了海内外新型的研究热门。它具有孔径大且完整、大比表面积、可修饰的内表面和高吸附容量等优点,是一种理想的吸附材料。而进行改性后的介孔材料展示了未经改性的介孔材料所不具备的特性,它对金属离子的吸附有高效的选择性,改善了在低浓度污染时对重金属吸附的有效性。74008
有序介孔材料的出现是分子筛发展史上的一次飞跃,它的合成始于20世纪70年代。引起广大科研人员的注意是在1992年Mobil公司的科学家们制备出M41S系列的有序介孔氧化硅铝材料以后。介孔材料的发展,不仅将分子筛由微孔范围扩展至介孔范围,而且使得大分子吸附、催化反应、药物存储、运输等工业,医药应用得以实现。事实上,有序介孔材料的合成早在1971年就已经开始,只是1992年Mobil公司的报道才引起人们的注意,并被认为是有序介孔材料合成的开始。
有序介孔材料的合成,一般是以表面活性剂形成的超分子结构为模板,利用溶胶-凝胶工艺,通过有机物和无机物之间的界面定向引导作用组装成孔径为1。5-30nm具有窄孔径分布和规则孔道结构的无机介孔材料。
自M4IS系列介孔分子筛问世以来,对于介孔材料的合成已经做了大量的工作,出现了多种多样的合成方法,主要合成方法有水热合成法、室温合成法、微波辐射合成法、超声波合成法、湿胶焙烧合成法、相转变法及非水体系合成法。论文网
通常,典型的介孔材料合成可以分为两个阶段:
第一个阶段是典型的有机-无机自组装过程,即具有两亲性质的表面活性剂有机分子与可聚合无机单分子或齐聚物在一定的合成环境下自组装成有机-无机的液晶织态结构相,而且该结构具有纳米尺寸的晶格常数。
第二阶段采用高温热处理或其他物理化学方法脱除有机模板剂,形成一个具有介孔孔道,空旷的无机骨架。
SBA-15属于介孔材料的一种,是其中研究比较成熟的一种。
目前国内在硅基介孔材料方面做了大量的基础性研究工作,取得了许多成果,但仍然存在一些问题。由于硅基介孔材料骨架网络中晶格缺陷少,缺乏质子酸和Lewise酸性中心,因而其本身的催化及反应活性不高,如何利用其所具有的规则大孔道,为某些较大烃类分子进行烷基化、异构化等催化反应提供理想场所,需要进一步改性来完善其性能。
介孔硅SbA-15本身反应活性不高、对重金属离子吸附的选择性低和不具备催化氧化反应的能力等缺点,大大限制了它的实际应用范围。依靠化学改性来提高它的水热稳定性和化学反应活性,改变它们的性质,获得特殊的用途,实现介孔分子筛SBA-15的潜在应用价值,成为现在研究的主要课题。