含磷改性镁基材料及载镁多孔二氧化硅的制备及铅离子吸附性能表征

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yibola2008
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普通氧化镁材料具有较强的重金属吸附能力,但存在低浓度铅离子残留率较高及吸附后回收困难的问题。为增强氧化镁系列材料在超低铅离子浓度下的吸附能力,研究了甲醇热法合成磷酸化改性镁基材料,并探讨了醇热温度、溶剂种类和磷添加量等方面对材料铅离子吸附性能的影响,将磷酸与甲醇溶剂添加比为0.005,0.01,0.02,0.03和0.05对应的材料分别记为Mg-0.25P,Mg-0.5P,Mg-1.0P,Mg-1.5P和Mg-2.5P。为实现吸附材料在吸附柱中的功能化应用,研究了溶胶凝胶法制备掺Mg的多孔二氧化硅块体材料,探讨了PEO(聚氧化乙烯)浓度、酸水/硅醇比对多孔材料孔隙的影响,在此基础上分别在形成溶胶前(SF)、溶剂交换后(SM)和煅烧前(SL)三个阶段负载镁。结果表明:Mg-1.5P材料主要晶相成分为Mg2PO4(OH)和MgO,其铅离子吸附能力随醇热温度升高先增后减,90℃时吸附能力相对较高;Mg-0.5P(主晶相为MgO),Mg-1.0P(MgO)和Mg-1.5P材料吸附效果优于Mg-0.25P(MgO)和Mg-2.5P(MgHPO4);600℃煅烧对材料的物相结构、吸附活性产生重要作用。吸附结果表明,Mg-0.5P材料吸附过程满足伪二级动力学,在60 min时基本达到吸附平衡。吸附过程满足Langmuir吸附,30℃、40℃和50℃下对应的Langmuir吸附计算值分别是2849.39mg/g、3291.89 mg/g和2742.67mg/g,40℃吸附值相对更高。该类材料在低铅离子浓度下相比于纯MgO具有更好的吸附效果,Mg-0.5P和Mg-2.5P材料吸附后铅离子残留浓度为1.99 ppb和7.03 ppb,低于纯MgO吸附后的35.17 ppb,也低于饮用水标准的10 ppb。PEO和酸水/硅醇比是影响多孔二氧化硅材料孔隙特征的关键因素;SF材料中成分中主要为SiO2,吸附率均低于60%;SM材料额外出现了MgO晶体峰,吸附率高达95%;而SL材料中则出现了Mg2SiO4晶体峰,铅离子吸附率均大于96%。吸附结果表明,SL-4材料吸附铅离子满足伪二级动力学,60 min达到吸附平衡。材料满足Langmuir吸附,其30℃、40℃和50℃对应的Langmuir吸附计算值分别909.09 mg/g、943.39 mg/g和934.58 mg/g。SL材料的流转吸附试验中表明,吸附20天后仍具有吸附稳定性且过程中无明显堵塞现象。
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