多功能吸附材料的制备及其在超导磁分离技术处理水中有机氯污染物的应用

随着有机化学工业的发展，有机氯化物在医药、制革、电子和农药等方面得到广泛应用，导致大量含氯化合物及合成过程中的中间产物或副产品被大量地排放到环境中。许多有机氯化物具有致癌、致畸性、致突变的"三致效应"，是目前各国优先控制的污染物。近年来我国在有机氯污染物，特别是持久性含氯农药污染分析、分布、生态毒理研究方面已取得了不少成果，在污染状况环境调查方面的研究比较活跃。但总体来讲，这一方面的污染处理方面的基础研究和应用研究还比较薄弱。本项目以超顺磁材料为核，以催化改性的介孔硅材料为壳，制备多功能化吸附材料，并将其应用于水中有机氯污染物的去除降解；采用超导磁分离技术回收吸附材料，并在较低温度下异位再生，从而实现快速、高效、彻底的净化水体的目的。这种将吸附、催化和超导磁分离技术相结合处理水中污染物的技术，国内外还未见报道。

本项目以高效、快速、低耗、彻底地治理环境污染为目标，合成了一种新型多功能核-壳式超顺磁性介孔氧化硅纳米球材料，并将其用于处理水中有机氯污染物DDTs的研究，考察了水中DDT的吸附和脱氯降解动力学规律以及降解机理。主要研究结果如下：.1..Fe3O4@nSiO2@mSiO2.通过液相法在Fe3O4磁性纳米球上成功地包覆了无孔和介孔的氧化硅，获得了单分散，超顺磁性的核-壳式Fe3O4@nSiO2和Fe3O4@nSiO2@mSiO2纳米材料。介孔氧化硅层具有很好的垂直于Fe3O4@nSiO2纳米球表面的孔道结构，比表面积可高达577 m2 g-1，这是近年来所报道的核-壳式磁性介孔氧化硅材料中比表面积较高的。此种环境友好型材料Fe3O4@nSiO2@mSiO2对水中DDT具有快速、高效的去除性能，450 oC下就可以将其烷基氯完全去除。.2..过渡金属催化改性的Fe3O4@nSiO2@mSiO2.通过浸渍法，成功地合成了过渡金属Fe、Ni、Co等掺杂的磁性介孔氧化硅材料。相比于Fe3O4@nSiO2@mSiO2，Fe/Fe3O4@nSiO2@mSiO2对 DDT仍具有快速、高效的吸附性能，15 min内就可以将90%的DDT从水中去除，使用外加磁场，3 min就可以将吸附材料从水中分离出。DDTs脱氯实验结果表明，5%Fe/Fe3O4@nSiO2@mSiO2在60 oC时就可以将DDT完全降解，350 oC时可以将DDT的烷基氯完全脱去。这一温度比Fe3O4@nSiO2@mSiO2材料降低了100 oC。.3..Pd/Fe3O4@nSiO2@mSiO2.采用液相还原法成功合成了贵金属Pd负载的核-壳式超顺磁性介孔材料Pd/Fe3O4@nSiO2@mSiO2。Pd物种的加入大大提高催化剂的催化活性，150 oC下加热处理2 h后，被吸附在1.0%Pd/ Fe3O4@nSiO2@mSiO2上的DDT即可完全脱去烷基氯。据我们所知，在以往热处理方法降解DDT的报道中，这一温度是最低的，比Fe/Fe3O4@nSiO2@mSiO2降低了200 oC。通过150 oC低温加热处理，可以实现材料的再生，并将吸附的污染物进行完全降解，材料的重复利用性较好。这一结果实现了快速、高效、无毒、低能耗，并彻底去除污染物的水处理方法，为水污染的治理提供可借鉴的环保型治理方法和技术。