有机官能团修饰的有序介孔硅净水材料研制及选择吸附重金属离子机理

有机官能团修饰的介孔硅材料可同时实现对孔道和孔壁的功能性调节，具有比表面积大，吸附容量高，选择性强等优点，是近年发展起来的一种新型纳米多孔材料，在环境吸附领域具有广泛的应用前景。本项目提出针对水中特定重金属离子的物理化学特性，采用溶胶凝胶、共缩聚等制备技术，通过特定有机官能团修饰，构造一种选择性吸附典型重金属离子的介孔硅净水材料，优化有机官能团的组装和修饰方法；采用ATR/FTIR、原位拉曼光谱等手段，系统表征吸附剂的表面与结构特性，阐明介孔硅及其所接枝的有机官能团与典型重金属离子的相互作用机制；利用有机官能团的结构特性，调控吸附去除水中典型重金属离子的反应过程；建立基于有机官能团修饰的介孔硅吸附剂净水工艺原理，为该技术的广泛应用奠定科学基础。

针对水中典型重金属污染离子，通过特征有机官能团对介孔硅和介孔二氧化锰的化学修饰，研究制备了系列有序介孔吸附材料，并用于对水中Pb和Cu的去除；系统表征了吸附剂的表面与结构特性，初步阐明了介孔吸附材料及其接枝的有机官能团与Pb和Cu的交互作用机制；优化了吸附反应过程，初步建立了基于有机官能团修饰的介孔硅锰杂化吸附材料的净水工艺原理。取得的主要结论有：.1、制备了新型有序介孔水合二氧化锰(MHMO)。MHMO对Pb(II)的吸附量随温度的升高而增大；离子强度对Pb(II)的吸附量影响不大；吸附过程受化学吸附机制控制，吸附速率受膜扩散和颗粒内扩散共同控制。在Pb(II)、Cu(II)和Cd(II)混合体系中，MHMO对共存离子的吸附顺序为Pb(II)>Cu(II)>Cd(II)。XPS结果证明Pb主要以PbOH+的形态被吸附，并以类似PbO的形态存在于MHMO表面。.2、制备了新型氨基改性介孔二氧化锰（NH2-MnO2），氨基官能团负载量为1.640 mmol g-1； NH2-MnO2和δ-MnO2的结晶度较低；改性后材料的比表面积、孔容和孔径分别为79.31 m2 g-1, 0.19 cm3 g-1 and 9.52 nm，均较改性前明显减小。NH2-MnO2和δ-MnO2对Cu(II)的吸附量随温度的升高而增大；NH2-MnO2对Cu(II)的最大吸附量为1.543 mmol g-1，明显优于未改性的δ-MnO2； NH2-MnO2对Cu(II)的吸附过程为慢速率的化学吸附；有机氨基官能团显著促进了NH2-MnO2对Cu(II)的吸附。.3、制备了锰负载的有序介孔硅吸附剂（Mn-SBA-15）和氨基功能化的锰负载的有序介孔硅吸附剂（NH2-Mn-SBA-15），证实了Mn-SBA-15和NH2-Mn-SBA-15有序介孔结构，且锰氧化物主要负载在SBA-15孔道内表面，而氨基官能团则主要固定在SBA-15的外表面。NH2-Mn-SBA-15对Cu(II)的最大吸附量是Mn-SBA-15的两倍以上；Mn-SBA-15上负载的锰氧化物对Cu(II)的吸附起主要作用，而NH2-Mn-SBA-15对Cu(II)的吸附取决于负载的锰氧化物和氨基官能团的共同作用。.本项目发表SCI论文2篇，获授权发明专利1项，完成项目任务书指标要求。