添加剂升温烧蚀法在制备新型介孔水环境净化材料中的应用

首次探索了一种破坏式造孔与有机复合相结合的新方法以制备介孔复合水环境净化材料,使最终产品成为一种具有广谱孔结构分布的复合环境材料。详细介绍了该方法的第二步工艺即添加剂升温烧蚀法,在优化后的最佳条件下,产品的孔径得到了进一步扩大,其中部分孔道直径可达至介孔级,同时材料的表面得到了进一步活化。经此步工艺后,所制备的中间产品染料吸附量是原材料的194倍,是酸洗刻蚀后产品的122倍;24h吸湿率是原材料的38倍,是酸洗刻蚀后产品的19倍。     

镧改性介孔材料对砷、磷的吸附

为探究在复合污染条件下介孔吸附材料对砷、磷的去除效果,通过水热合成法制备镧金属改性介孔吸附材料(La-MCM-41),采用X-射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、扫描电镜(SEM)等分析方法对改性前后的介孔吸附剂进行了表征;研究了介孔吸附剂在不同吸附体系中对砷、磷的降解效果、等温线及动力学。结果表明:La-MCM-41仍具有长程有序的六方相介孔结构,BET比表面积、总孔容均减小,平均孔径有所增加;介孔吸附剂在单独吸附体系下对砷、磷的吸附量大于同步吸附体系,且均符合二级反应动力学。通过分析可知,在2种体系下,改性后的介孔吸附剂极大地提高了对砷、磷的吸附量,是一种经济高效的吸附材料。     

金纳米颗粒的掺杂蛋白介孔硅原位合成及其对p-硝基苯酚的催化

基于介孔硅材料,在其表面掺杂牛血清白蛋白,构建了一种可实现贵金属纳米材料原位制备的蛋白掺杂介孔材料MCM-BSA。通过紫外、红外、吸脱附、透射电镜等表征手段,表明掺杂后的材料兼有蛋白和介孔硅2种特性。以MCMBSA为载体,即可原位还原氯金酸制备金纳米粒,获得负载金纳米粒的复合材料GNPs@MCM-BSA。以对硝基苯酚的催化还原为模型反应,考察了掺杂蛋白介孔硅负载的金纳米粒的催化性能,发现其具有很好的对硝基苯酚催化能力。更为重要的是,该复合材料可回收循环利用6次以上,对硝基苯酚的转化率都接近100%,表明掺杂蛋白介孔硅是一类性能优异的新型纳米晶载体,可应用于环境污染物的催化还原。     

介孔TiO2的制备及光催化降解有机染料的研究

以十六烷基三甲基溴化胺为模板剂,用溶胶-凝胶法制备了介孔TiO2,用x射线衍射、透射电子显微镜、热重/差热分析及氮气吸附等方法对其进行了分析表征,并用偶氮染料阳离子红X-GRL为目标污染物分析了它的光催化活性.实验结果表明,450℃热处理后的介孔TiO2是锐钛矿型的,平均孔径为18 nm.氮气吸附曲线呈典型的介孔材料Ⅳ型吸附等温线特征.由于介孔TiO2具有较大的比表面积,因此表现出比非介孔TiO2高的光催化活性.     

介孔铁锆复合氧化物的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,以铁(Fe)和锆(Zr)为原料,采用不同Fe/Zr摩尔比例,制备出Fe/Zr复合氧化物吸附剂,对吸附剂的比表面积、孔径分布、晶型结构和零点电位(PH2pc)进行了表征.筛选吸附容量最佳的Fe/Zr吸附剂,考察了吸附条件对其去除水中Cr(Ⅵ)效果的影响,探讨了吸附动力学和等温线规律.结果表明:最佳吸附剂的Fe/Zr摩尔比为5/1,具有典型的介孔材料结构特征;该吸附剂在pH为2～8范围内均有良好的除Cr(Ⅵ)效率;30min内即可达到吸附平衡,最大吸附容量为60.90 mg/g.介孔Fe/Zr复合氧化物与现有除Cr(Ⅵ)吸附剂相比具有更高的吸附能力,是一种具有较好应用潜力的水处理除Cr(Ⅵ)吸附剂.     

PVA-I修饰介孔TiO2光催化剂对盐酸四环素的光降解

水热法制备了PVA-I修饰的介孔TiO2催化剂,利用XRD、UV-Vis、BET和Zeta电位等手段对所制备的催化剂进行了表征。研究了改性的介孔TiO2在模拟太阳光下对盐酸四环素的光催化降解,考察了盐酸四环素的初始浓度、溶液的初始pH、共存离子对盐酸四环素光催化降解去除率的影响。实验结果表明,PVA-I修饰的TiO2催化剂为锐钛矿的介孔TiO2,比表面积190.22 m2/g,催化剂的等电点为3.92。PVA-I修饰的介孔TiO2催化剂在模拟太阳光下对TC光催化降解效率可达96.7%,比P25的催化效率提高1.23倍。NO3-、SO2-4和PO3-4对盐酸四环素的光降解有明显的抑制作用。     

介孔纳米γ-Al2O3对稀土元素锎、铈的吸附性能

以介孔纳米γ-Al2O3为吸附材料，重点研究了吸附剂投加量、溶液pH、吸附时间及温度对介孔纳米γ-Al2O3吸附稀土元素镧、铈的影响。通过正交实验优选出介孔纳米γ-Al2O3对稀土元素镧铈吸附的最优参数，采用10mg／L的La^3＋、Ce^4＋标准溶液，选择投加量、pH、吸附时间为影响因素，进行3因素3水平的正交实验。通过正交实验与单因素实验综合分析表明最佳实验方案为：投加量为0．20g，pH为7，吸附时间为15min。在初始浓度为10～100mg／L时，介孑L纳米γ-Al2O3对La^3＋、Ce^4＋的吸附符合Langmuir等温吸附式。拟合得到的理论饱和吸附量分别为22．32mg／g和23．75mg／g。     

单质硫改性介孔炭对水溶液中汞的吸附性能研究

对介孔炭CMK-3进行单质硫改性得到OMC-S，并通过静态吸附实验研究了该材料对水溶液中汞的吸附性能。研究结果表明：单质硫改性可以在介孔炭上负载12.33%的硫，从而使得介孔炭对汞的吸附容量从185 mg/g提高到476 mg/g；OMC-S具有较广的适用pH值范围，在pH 3～11.5范围内其对汞的吸附去除率均达到92%以上；氯离子对OMC-S的吸附性能具有一定的抑制作用，原因在于它能和汞离子络合形成一系列吸附性能较差的Hg-Cl络合物，而腐殖酸在所研究的范围内对OMC-S的吸附性能无明显影响。     

基于蛋黄-蛋壳结构的Fe/FeS@SiO2材料去除水中三氯乙烯

针对硫化纳米零价铁(Fe/FeS)颗粒间的团聚以及环境适应性差的问题,用正硅酸乙酯(TEOS)为原料制备中空介孔氧化硅球,再通过化学反应在壳内形成大尺寸核的方法制备具有蛋黄-蛋壳结构的Fe/FeS@SiO_2材料以防止Fe/FeS的团聚并提高其活性,并将该材料用于三氯乙烯(TCE)的去除中;采用SEM和TEM观察、红外线光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)等分析方法对材料进行了表征。结果表明,在Fe/FeS@SiO_2材料还原降解TCE的实验中,Fe/FeS@SiO_2去除TCE的最佳铁与硫的摩尔比(铁硫比)为30,并且在TCE初始浓度10 mg·L~(-1)溶液中投加含有0.1 g Fe~0、铁硫比为30的Fe/FeS@SiO_2材料下,反应180 min后,TCE的去除率为90.75%,与未包裹氧化硅壳时的去除率(66.06%)相比,去除效果明显提高。介孔氧化硅壳阻止了Fe/FeS的团聚,其表面上的孔道使得材料具有更大的比表面积,加强了对TCE的吸附,同时材料中的空腔使得核与污染物的接触增加,提高了TCE的去除率。表征结果表明,Fe/FeS@SiO_2材料具有特殊的结构,包括中心核、空腔以及介孔壳,可以防止Fe/FeS的团聚。     

废弃轮胎制备中孔炭吸附材料工艺及性能研究

为了解决废弃轮胎造成的资源浪费和环境污染的问题,对以废弃轮胎橡胶为碳的前驱体原料,制备具有高吸附性能中孔炭材料工艺进行了系统的研究。通过XRD、扫描电镜以及比表面积分析,对制备的中孔炭微观结构和性能进行表征,讨论了炭化温度、碱炭比,以及活化温度和活化时间等工艺条件对制备中孔炭的产率、结构和性能的影响。结果表明,通过改变工艺条件制备的中孔炭的孔径分布可以在2~80 nm范围内进行调控。在500℃炭化温度,碱炭比为4∶1,900℃活化1 h的工艺条件下,制备的中孔炭的比表面积为473 m2/g,对甲基橙的最大吸附量达到254 mg/g。     

烷基功能化磁性介孔硅的制备及其对氟喹诺酮类抗生素的吸附

为了提高介孔硅材料对抗生素的吸附性能和简化材料合成步骤,在纯介孔硅(UMS)的基础上,使用"一锅法"合成了烷基改性介孔硅(FMS)和核壳磁性烷基改性介孔硅(MMS),并系统地研究了这3种吸附剂对恩诺沙星(ENR)、培氟沙星(PEF)和环丙沙星(CIP)3种氟喹诺酮类抗生素(FQs)的吸附性能。批次吸附实验结果表明,改性材料的吸附容量是未改性材料的5倍,且对氟喹诺酮类抗生素具有更高的吸附容量和吸附效率,对CIP、PEF和ENR的最大吸附容量分别为201.52、275.46和286.35 mg·g~(-1),并且在10 min内可以达到90%以上的去除率。溶液的pH、腐殖酸浓度和离子强度对吸附过程的影响实验结果表明,MMS在pH为中性时可以达到最大吸附容量,且在高腐殖酸浓度下仍保持较高的吸附容量。回收再生实验结果表明,MMS具有良好的稳定性且吸附剂易于与溶液分离。进一步分析可知,静电作用和疏水作用是3种抗生素与MMS之间吸附的主要驱动力,使得MMS对抗生素具有优异的吸附性能。以上研究结果可为吸附去除污水中抗生素提供参考。     

基于IRMOF-1的介孔ZnO/C制备、表征及催化降解3种四环素类抗生素

以Zn(NO_3)_2·6H_2O与对苯二甲酸制备的网状金属有机骨架材料IRMOF-1为前驱体,在500、600、700℃下的N_2氛围中焙烧得到不同焙烧温度制备的介孔ZnO/C,分别记为ZnO/C-500、ZnO/C-600、ZnO/C-700,利用X-射线衍射、扫描电子显微镜、紫外—可见漫反射光谱、傅立叶变换红外光谱、比表面积分析等手段对其进行表征,并用于降解四环素(TC)、强力霉素(DC)和土霉素(OTC)。结果表明,制备的介孔ZnO/C为六方纤锌矿结构,纯度高。C的复合可以降低ZnO的禁带宽度,从而拓宽了ZnO的光谱吸收范围,提高ZnO对光的利用率。焙烧产物表面随焙烧温度的升高而变粗糙,—OH含量减少,但ZnO/C-700出现碎裂现象。因此,ZnO/C-600具有最大的BET比表面积(254.9m~2/g)和孔径(2.49nm)。ZnO/C-600对TC、DC和OTC的降解效果也是最好的,120min降解率分别达到98.2%、91.1%、80.7%,重复使用4次,其光催化降解性能基本保持不变,稳定性良好。     

MnOx／介孔γ-A12O3催化臭氧化降解水中安替比林的研究

以自制的介孔γ-A12O3为载体，通过等体积浸渍法合成了MnOx／介孔γ-A12O3催化剂。采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）以及紫外一可见漫反射（uV—VisDRS）等手段对其进行表征。结果表明，锰氧化物在介孔氧化铝载体上具有较高的分散度，并且锰以多种价态存在。高度分散以及多价态的MnOx能够提高催化臭氧化过程中电荷转移，引起更高的催化活性。MnOx／介孑γ-A12O3催化剂能够有效地提高臭氧对水中安替比林的矿化效果，对含量为10mg／L的安替比林水溶液在反应60min后基本达到完全矿化。     

硝酸改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附的影响

在通过成功制备2种不同介孔结构的生物质炭AC-1与AC-2的基础上,研究了硝酸氧化改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附特性的影响与等温吸附特性。低温氮吸附测试表明,生物质炭AC-1与AC-2的微孔孔容相近,而介孔孔容相差较大,分别为0.319和0.535 cm3·g-1。改性后AC-2-HNO3的介孔孔容与表面含氧酸官能团含量均高于AC-1-HNO3。吸附数据表明,硝酸改性可增强介孔生物质炭对水中铅的吸附去除能力,特别是改性前吸附量较低的AC-2,由于具有较大的介孔孔容和介孔尺寸,经硝酸改性后对铅的吸附性能与去除率均高于微孔孔容相近的生物质炭AC-1,这表明增大介孔孔容与介孔尺寸不仅有利于在介孔炭上接枝活性吸附位,并可缩短被吸附重金属铅离子到吸附活性点的路径,增大硝酸改性生物质炭活性位点对水中铅离子的捕捉机率,从而增大改性生物质炭对铅的吸附性能。Freundlich模型能很好地描述改性前后4种炭对铅的吸附行为,说明上述生物质炭的吸附位主要是非均匀孔隙或表面。     

磷酸低温活化蔗渣基中孔生物炭及其影响因素

以甘蔗渣为原料,磷酸为活化剂,采用低温活化法制备蔗渣基中孔生物质炭.采用L9(34)4因素3水平正交实验,探讨制备蔗渣基中孔生物质炭的实验方案与工艺条件;分析了浸渍比、烘干时间、活化温度、活化时间在3个不同水平下,对蔗渣基生物质炭碘吸附值、亚甲基蓝吸附值的影响.结果表明,对蔗渣基生物质炭孔结构和得率影响最大的因素是活化温度,影响最小的因素是烘干时间;实验范围内,提高活化温度有利于材料中孔结构的形成;最佳条件下制备的蔗渣基生物质炭其低温氮气等温吸附线有明显的回滞环,BET比表面积和总孔容分别为939 m2/g和1.35 mL/g,中孔占总孔容比例为89％,亚甲基蓝吸附值高达240 mg/g,远高于木质净水用活性炭国家一级标准(135 mg/g),属于典型的中孔炭.     

建筑垃圾转化砷吸附材料的方法及其吸附性能

水环境中的砷污染问题近年来越来越突出,吸附是主要的净化途径之一。以建筑垃圾为主要原材料,合成了一种新型的廉价除砷颗粒吸附剂。首先通过烧结制备多孔陶粒,再利用水热过程将陶粒基体转变为沸石基体,最后利用铁离子对沸石基体进行表面改性,制备出具有复合多级孔结构的铁负载沸石陶粒(简称IMZC)产品。XRD图谱显示负载的铁主要以无定形体存在,显著增加了沸石基体的比表面积。吸附实验表明,老化时间和pH值对铁改性沸石颗粒的吸附能力有显著影响,该吸附过程可以用Langmuir模型表征,最大吸附量达到18.727 mg·g~(-1)。该吸附材料在面源污染和突发事件中砷的净化去除方面具有良好的应用前景     

ZnO/Al_2O_3-SiO_2固体碱催化动物脂肪废油制备生物柴油

采用溶胶-凝胶法制备了Al_2O_3-Si O_2复合载体,采用等体积浸渍法在复合载体上负载Zn O制备固体碱催化剂,催化动物脂肪废油酯交换反应来制备生物柴油。研究了Zn O负载量以及复合载体中Al_2O_3/Si O_2质量比对催化剂活性的影响,并通过重复性实验对优化得到的催化剂稳定性进行考察。活性测试表明,当Zn O的负载量为20%,复合载体中Al_2O_3/Si O_2质量比为1∶9时催化剂的活性最佳,酯交换率达到95.2%。另外,对催化剂进行了BET、XRD、CO_2-TPD一系列表征。结果表明,Al_2O_3高度分散渗透于非晶相Si O_2中,形成催化剂的介孔结构。Zn O负载量为20%时催化剂碱性最强,这是导致催化剂高活性的重要原因。     

新型固化单宁大孔吸附树脂的合成

应用曼尼希反应将植物单宁固定在苯乙烯-二乙烯苯共聚物上,制备一种新型固化单宁大孔吸附树脂.系统研究了胺基树脂的合成及其与单宁固化的工艺合成试验,得出最佳工艺条件为:胺基树脂:甲醛:单宁(质量比)=2:0.74:1,反应温度99～100℃,反应时间7 h.制备的固化单宁大孔吸附树脂具有较好亲水性,对水溶液中苯酚的吸附容量可达90 mg/g.该树脂易洗脱再生,重复使用效果好,对实际含酚废水的富集回收均获得了令人满意的结果.     

磁性介孔锰铁复合氧化物对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

以复合金属草酸盐为前驱体制备了纳米晶构筑的介孔锰铁氧化物材料,采用透射电镜、X射线衍射仪和固体比表面测定仪等对产物进行了表征.并研究了其对水体Cr(Ⅵ)的吸附性能,考察了pH及离子强度对吸附容量的影响、吸附动力学、吸附等温线以及碱液对Cr(Ⅵ)的洗脱率。结果表明,获得的锰铁氧化物为纳米晶构筑的介孔材料,比表面达277.4 m2/g,对Cr(Ⅵ)在酸性条件下有较强的吸附性能。在初始Cr(Ⅵ)质量浓度为100 mg/L,pH值在2时,10 min内能使溶液中的Cr(Ⅵ)去除率达96.8%,最大Cr(Ⅵ)吸附容量Qm为40 mg/g。     

CO3O4/介孔分子筛催化剂对苯催化完全氧化的研究

分别以介孔分子筛MCM-41、MCM-48、SBA-15为载体,采用等体积浸渍法制备了氧化钴/介孔分子筛催化剂,利用N2吸附、X射线衍射、程序升温还原等技术对催化剂进行了表征,考察了Co3O4的负载量及载体的孔结构对催化剂完全催化氧化苯的性能的影响.结果表明,Co3O4的负载量为20%时,催化剂的催化活性最好;载体的孔径和催化剂的可还原性能是影响催化活性的主要因素,催化剂活性顺序为Co3O4/SBA-15>Co3O4/MCM-41>Co3O4/MCM-48.