表面官能基化的中孔硅材料对水体中芳香类污染物的吸附

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本论文制备了六角中孔分子筛(HMS)及对其表面胺基(氨丙基三甲氧基硅烷,PTMS)或烷基(正丙基三甲氧基硅烷,APTMS)官能化修饰后的材料(AMP-HMS,P-HMS),通过EA、XRD、FTIR、N2物理吸附和表面电荷测定等一系列的表征手段研究了这些材料的结构特性。元素组成、FTIR、N2吸附和XRD等分析结果证实嫁接了不同表面官能团的P-HMS和AMP-HMS与HMS具有相似的结构框架。   主要通过批吸附实验系统地研究了这三种中孔硅材料对水体中芳香类污染物的吸附特性,选择的模型吸附质包括两种非极性芳香化合物(芘和五氯苯)和三种酚类化合物(2,4-二氯酚,五氯酚,4-甲基-2,6-二硝基酚)。吸附等温线可以用Freundlich模型很好地进行拟合并且吸附线性各不相同。   研究发现在pH略大于6的情况下,HMS和P-HMS对芘和五氯苯的吸附比五氯酚的吸附要强很多,符合疏水分配机制。与此相反,AMP-HMS对五氯酚、4-甲基-2,6-二硝基酚与其他疏水性高的化合物比吸附相近或者更强,这表明对于这两种酚的吸附,静电作用起着主导作用。此外,随着pH的上升,除了AMP-HMS对五氯酚、4-甲基-2,6-二硝基酚的吸附(吸附曲线呈钟形,最大吸附量出现在接近pKa的pH附近)外,其他化合物的吸附都呈下降的趋势。芘和五氯苯这两种非极性溶质在三种人工合成硅基材料上的吸附主要受疏水分配控制。pH的变化通过改变三种材料的表面电荷密度以及疏水性来影响芘和五氯苯的吸附。五氯酚和4-甲基-2,6-二硝基酚在AMP-HMS上的最大吸附量出现在接近pKa的pH附近,这是由于此时去质子化的溶质和质子化的表面氨基官能团之间的静电吸引最优化。与之相比,HMS和P-HMS对五氯酚的吸附基本不受静电吸附机制的控制。   观察到的pH影响表明通过在硅基材料表面嫁接上特定的胺基官能团,在需要的pKas附近,可以加强对目标化合物的静电作用吸附,从而更有效的去除酚类化合物。虽然相对于活性炭,中孔硅基材料的吸附能力较差,但是其具有非常快的吸附/解吸动力学以及完全的吸附可逆性(AMP-HMS)的优点,是有机污染物水处理和环境修复中一种很有价值的潜在吸附剂。
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