六价铬(Cr(VI))是高毒性的重金属污染物,具有致畸、致癌和致突变作用,被我列为“十二五”规划中的五大重点防控对象之一,近年来重金属污染事件频繁发生,水体Cr(VI)的治理迫在眉睫。介孔材料作为吸附剂特性优良,然而传统介孔材料多为粉末状颗粒,其合成成本高、制备复杂,在吸附过程中易团聚,流动阻力大,难以二次回收及再利用。而大颗粒尺寸介孔二氧化硅(粒径>1 mm)无毒无污染,来源广泛,孔隙度高,在假晶转变过程中,可通过使用碱性溶液使硅源自身溶解,原位沉淀到表面活性剂胶束周围,形成宏观形貌不变的具有六方及立方对称结构、孔径均一的有序介孔胶束模板Si02颗粒,降低了硅源成本,且制备方便,孔径可调,结构稳定,因而被广泛地应用于水体重金属的治理。间苯二胺(mPD)与氧化剂(如过硫酸钠)可发生氧化聚合形成聚间苯二胺(PmPD),自聚负载在硅球表面,从而增加多个活性位点;聚乙烯亚胺(PEI)的大分子链中含有大量的伯、仲、叔氨基官能团,可通过静电、螯合、配位、离子交换等方式与重金属特异性结合。经假晶转变合成的介孔硅材料,嫁接巯基、氨基等功能基团可进一步增加活性位点,使其与水体重金属离子如Cr(VI)发生络合反应,从而提高吸附性能。本课题以两种颗粒尺寸(1.5-2.5mm和2.5-4.0mm)SiO2母球为硅源,以烷基溴化铵系列为模板剂,采用了不同制备方法和改性方法,通过研究发现,最优化假晶转变条件为nSiO2:nNaOH:nCTAB:nH2O=1:0.1:0.27:140,VH2O:V乙醇=302:75.6,对其进行 TEM、N2 吸-脱附等表征,发现材料中存在大量蠕虫状介孔孔道,母硅的比表面积可增至567.018m2/g。水热后处理过的材料的比表面积、孔结构均有了进一步改善,1.5-2.5mm母球的比表面积由268.449m2/g 最大增至 717.849m2/g,孔径由 12.045nm 调整至 3.027nm;2.5-4.0mm 母球的比表面积由344.855m2/g增至629.465m2/g,孔径由12.045nm调整至3.390nm。利用mPD和PEI对1.5-2.5mm的小颗粒介孔硅球进行氨基改性,发现进行mPD改性的最好实验温度是0℃C下冰水浴;PEI甲醇溶液浓度为30g/L,最佳PEI分子量为10000时对Cr(VI)的去除率最高,约93%。通过FT-IR表征发现,氨基官能团已经成功嫁接进了材料孔道内部。在静态吸附性能探究中,发现几种材料对Cr(VI)的最好吸附效果均在强酸性条件下(pH=1),此时HCrO4为Cr(VI)的主要存在形式,吸附剂表面质子化带正电荷,在静电作用下去除掉Cr(VI)。静态吸附中小颗粒(1.5-2.5mm)介孔硅球的吸附性能远大于大颗粒(2.5-4.0mm),而对于大颗粒介孔硅球,模板剂为CTAB、110℃水热合成的材料吸附效果最好。而在动态吸附中大颗粒介孔硅球的优势大于小颗粒,可以在长时间内维持较低的浓度。对材料MSS160℃cTAB、MSSl110℃cTAB和 MSSs-27 分别进行了 Langmuir、Freundlich、Tempkin三种吸附等温模型和准一级、准二级、Elovich、颗粒内扩散、班厄姆孔道扩散五种吸附动力学模型模拟,研究发现吸附过程符合Langmuir模型,R2均在0.97以上,表明属明显的单分子层吸附过程。均符合二级反应动力学模型,R2>0.98。颗粒内扩散模型对三种材料吸附过程的拟合度都达到0.94以上表现了较好的相关性。Elovich模型也可以对三种材料的吸附过程较好地拟合,R2>0.97。升高温度有利于提高几种材料对Cr(VI)的吸附效果,但影响都不是很明显。在热力学研究中,三种材料的相关系数分别为R2=0.77、R2=0.94和R2=0.64,其中MSSl110℃TAB的拟合效果最好。三种介孔硅球的ΔHH0分别为21.369、27.909和16.91IKJ-mol-1,ΔHo为正值,表明三种材料对Cr(VI)的吸附过程均为吸热过程。MSSl11O℃CTAB的焓变值ΔH0最大,说明随着温度升高,它对Cr(VI)的吸附容量提升最明显。三种吸附剂ΔS0>0,说明吸附过程是熵增加的过程,混乱度增大。ΔG0为负值,说明反应过程是自发反应。NaOH为解吸液时吸附剂的再生性较好,小颗粒介孔硅球对Cr(VI)的去除约60%左右,大颗粒介孔硅球约为40%,与未解吸前材料的吸附效果基本一致,并且碱性条件下3次循环后的吸附效果都比较好。动态吸附过程受到pH、颗粒尺寸、流速等影响,随着流速增大,材料对Cr(VI)的吸附量逐渐降低。动态吸附至78h以后,在流速从2.2 mL/min提升到10 mL/min的过程中,样品 MSS160℃CTAB、样品 MSSl110℃CTAB和 MSSs-27 对 Cr(VI)的吸附量分别从 14.596、17.691 和12.572mg/g降低到11.600、12.099和6.395mg/g,说明适当的控制流速可以保证吸附剂良好的吸附性能。动态实验中吸附剂的吸附容量普遍低于静态实验,这可能是动态吸附过程中,吸附剂与Cr(VI)的接触时间较短,不易达到吸附平衡,进一步表明流速会影响吸附过程中的液体停留时间,从而影响吸附剂的吸附性能。