【摘要】：隨著水污染問題的日益嚴(yán)重和出水水質(zhì)要求的進一步提高,常規(guī)的水處理技術(shù)對受污染水體中污染物的去除能力明顯不足。因此,開發(fā)高效、經(jīng)濟、簡便的除微污染技術(shù)尤為必要。吸附是去除水中污染物的有效方法之一,但常規(guī)的吸附材料大多存在吸附容量低和選擇性差等缺點。因此,針對水中污染物的吸附去除這一熱點問題,本文研究開發(fā)了功能化介孔氧化硅材料,將其應(yīng)用于水處理過程中,作為一種選擇性吸附劑,考察其對水中各類污染物的吸附去除效果及機理,為水質(zhì)安全提供有效的技術(shù)保障,同時對特殊的水污染狀況提供有效的解決方法和途徑。 本文從介孔材料MCM-41著手,根據(jù)水中不同污染物的特性,從以下幾個方面考察其在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用前景及其與水中污染物的作用機制:(1)考察介孔材料MCM-41在不同水質(zhì)條件下對特定有機污染物硝基苯的吸附去除情況;(2)考察甲基化MCM-41(CH_3-MCM-41)吸附去除硝基類化合物的效果,并探討該類有機污染物在CH_3-MCM-41上的吸附機理;(3)研究氨基化MCM-41(NH_3~+-MCM-41)對水中酸性染料的吸附情況;(4)考察巰基化MCM-41(SH-MCM-41)吸附去除水中Hg(II)的效果。 介孔材料MCM-41對水中有機污染物硝基苯的吸附去除結(jié)果表明:介孔材料MCM-41對硝基苯的最大單層吸附量分別是苯酚和對硝基苯酚的30倍和10倍,且吸附速度較快,吸附平衡時間小于1min并且與硝基苯初始濃度無關(guān);隨著溫度,pH和離子強度的增大,MCM-41對硝基苯的吸附量逐漸降低;而溶液中陽離子種類(K~+、Na~+、Ca~(2+))和腐殖酸(0~50mg/L)對MCM-41吸附硝基苯無明顯影響;吸附過程是可逆的且再生后MCM-41對硝基苯的吸附效果降低;吸附機理推測為硝基苯的憎水作用。 針對介孔材料MCM-41結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的缺點,采用三甲基氯硅烷對MCM-41進行表面改性,表征結(jié)果表明:甲基化后的MCM-41比表面積和孔徑均變小但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高,甲基負載量(以C計)為5.74%。CH_3-MCM-41吸附水中硝基苯類化合物的結(jié)果表明:CH_3-MCM-41較MCM-41能有效地提高對硝基苯類化合物的吸附能力,并且吸附過程為放熱過程;當(dāng)硝基苯苯環(huán)上存在供電子取代基時,CH_3-MCM-41的吸附能力下降,而當(dāng)硝基苯苯環(huán)上存在吸電子取代基時,CH_3-MCM-41的吸附能力增加;對于非電離硝基苯類物質(zhì),pH值和離子強度對CH_3-MCM-41吸附去除硝基苯類化合物無明顯影響;對于可電離硝基苯類物質(zhì),CH_3-MCM-41對硝基苯類化合物的吸附隨著pH的升高而降低,隨著離子強度的增加而升高;競爭吸附基本不影響CH_3-MCM-41對硝基苯類化合物的吸附。推測CH_3-MCM-41吸附硝基苯類化合物的機理為苯環(huán)與CH_3-MCM-41表面的Si-O-Si形成電子供體/受體配位作用。穿透實驗表明,隨著流速的增加,固定床的平衡吸附量降低,吸附速率卻增加。 3-氨丙基三甲氧基硅烷改性MCM-41的表征結(jié)果表明:氨基改性后MCM-41結(jié)構(gòu)基本保持不變,比表面積和孔徑均減小,氮含量為1.80%。用NH_3~+-MCM-41吸附水中酸性染料甲基橙(MO),橙IV(OIV),活性艷紅X-3B(X-3B)和酸性品紅(AF)的結(jié)果表明: NH_3~+-MCM-41與MO,OIV,X-3B和AF之間的作用力較強,吸附符合Langmuir模型,其最大吸附量與染料的初始濃度無關(guān),吸附量的順序依次為MOOIVAFX-3B,吸附為吸熱過程;通過動力學(xué)分析得出,外擴散和內(nèi)擴散均在一定程度上控制染料的吸附速率,其中,內(nèi)擴散是主要控制步驟;在pH4.0-8.0時,NH_3~+-MCM-41對染料的吸附量基本不變,而在pH8.0時,NH_3~+-MCM-41對染料的吸附量急劇下降,通過Zeta電位分析,靜電作用是染料吸附的主要作用機理。弱酸根離子對NH_3~+-MCM-41吸附染料的抑制作用最大。 最后,3-巰丙基三甲氧基硅烷改性MCM-41的表征結(jié)果表明:巰基改性后MCM-41的結(jié)構(gòu)基本保持不變,比表面積和孔徑均減小,硫含量為4.04%。用SH-MCM-41吸附水中汞離子的結(jié)果表明:Hg(II)在SH-MCM-41上的吸附符合假二級動力學(xué)模型,吸附等溫線符合Langmuir模型,最大吸附量隨著溫度的升高而升高,吸附為吸熱過程,并且Hg(II)與SH-MCM-41表面上-SH發(fā)生1:1絡(luò)合;溶液pH值基本不影響SH-MCM-41對Hg(II)的吸附;隨著NaCl濃度的增加,SH-MCM-41對Hg(II)吸附逐漸降低;SH-MCM-41基本不吸附Pb(II)和Cd(II);脫附實驗表明,Hg(II)在SH-MCM-41上結(jié)合力較強。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李景梅;MCM-41作為藥物載體材料研究[D];長春理工大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 曲英敏;卡托普利/MCM-41載藥體系的緩釋作用研究[D];長春理工大學(xué);2012年

2 肖凱明;稻殼灰制備有序介孔氧化硅及吸附性能研究[D];南京理工大學(xué);2013年

3 施筱X;以粉煤灰為原料制備介孔分子篩及其對重金屬和酚類物質(zhì)吸附性能研究[D];南京理工大學(xué);2013年

4 田儒楠;MCM-41作為豬胰島素緩釋載體的研究[D];長春理工大學(xué);2013年

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本文編號：2655575