介孔分子篩MCM-41在廢水處理中的應(yīng)用分析

　　 隨著我國工業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)廢水的排放量日益增加。未經(jīng)處理的廢水會對水體產(chǎn)生嚴重污染，使可供利用的水資源數(shù)量日益減少，對人民生活和身體健康產(chǎn)生嚴重的危害。廢水處理的常用方法主要有電解法、化學沉淀法、吸附法、催化降解法等。其中吸附法是一種成熟、簡單易行的水處理方法。固體吸附劑能有效去除廢水中多種污染物，特別是那些采用其他方法卻難以有效處理的劇毒和難降解的污染物。常用的吸附劑，有活性炭、黏土類吸附劑、樹脂、煤質(zhì)吸附劑等。與傳統(tǒng)固體吸附劑相比，介孔分子篩MCM-41有著不可比擬的優(yōu)點：具有高度有序排列的孔道結(jié)構(gòu)、孔徑均勻且尺寸可調(diào)（2~50nm）、高比表面積（500~1200m2/g）、較大的孔體積（0.8~1cm3/g）及吸附容量。更重要的是MCM-41孔道表面具有易于修飾的硅羥基，可以通過硅烷基化反應(yīng)，將功能化基團牢固地結(jié)合在孔道表面，增加了表面活性位點，從而增加了MCM-41的吸附容量和選擇性。目前，用有機官能團進行介孔材料的功能化是國內(nèi)外課題組研究的熱點之一。筆者就近幾年介孔分子篩MCM-41用于處理廢水中污染物的應(yīng)用情況進行綜述。

　　1、介孔分子篩MCM-41的合成及改性

　　1.1合成MCM-41的基本原理

　　介孔分子篩MCM-41一般采用具有較長碳鏈的表面活性劑作為模板劑進行合成。表面活性劑由親水層和憎水層兩部分組成，隨著其在水溶液中升高到一定濃度，會形成棒狀的聚集形態(tài)。此時表面活性劑的濃度被稱作臨界膠束濃度。對MCM-41介孔分子篩合成機理的研究主要是圍繞表面活性劑在溶液體系中的狀態(tài)展開的。其中比較典型的合成機理有：液晶模板機理、協(xié)同作用機理、電荷匹配機理、相結(jié)構(gòu)位移機理。

　　1.2合成介孔分子篩MCM-41的基本方法

　　隨著對MCM-41研究的不斷深入，合成工藝有了許多的改進，成功地合成出許多結(jié)構(gòu)和性能都更加優(yōu)異的介孔分子篩MCM-41。CongyanChen等采用改進后水熱晶化法，成功制備出硅鋁比很低的MCM-41介孔分子篩，使用NMR檢測并沒有發(fā)現(xiàn)骨架中含有鋁氧八面體，通過NH3-TPD表征，硅鋁MCM-41酸性類似于無定型硅酸鋁。A.C.Voegtlin等在室溫條件下，考察了pH（pH為8.5~12）對合成純硅MCM-41分子篩的影響，并在低堿度（pH=8.5）合成了孔徑為2.6nm的MCM-41純相。Q.Huo等在酸性條件下考察了陽離子、陰離子表面活性劑對合成的影響，并在表面活性劑濃度低于臨界膠束濃度合成出MCM-41介孔分子篩。該方法合成溫度比較低、模板劑需要的量比較少，更容易實現(xiàn)放大生產(chǎn)。MCM-41合成所需要的模板劑價格比較昂貴，而且工藝繁瑣、合成時間太長（2~7d），為了克服上述缺點，孫研采用微波法進行預處理，合成時間縮短至10~15min，其脫模仍采用傳統(tǒng)方法，在550℃煅燒7h。張邁生等將晶化和脫模全部在微波條件下進行，晶化時間為10~15min，脫模僅需1h。

　　1.3介孔分子篩MCM-41的改性

　　MCM-41介孔分子篩具有許多優(yōu)點，但是從化學角度看，其骨架組成主要是由無定形的SiO2組成，純硅骨架的酸強度較弱、離子交換能力差，這些不足會造成MCM-41介孔分子篩化學功能單一。為了擴展MCM-41的應(yīng)用領(lǐng)域，需要對其進行改性修飾。目前，主要的修飾方式包括：金屬雜原子摻雜、活性組分負載以及有機功能化。

　　1.3.1金屬摻雜

　　金屬摻雜主要的方法是在進行水熱合成之前，將需要摻雜的目標金屬離子加入到水熱反應(yīng)體系中。采用這種方法已經(jīng)成功將B、Bi、Zr等多種原子進入MCM-41的骨架之中。離子交換法是通過未脫模的分子篩原粉孔道內(nèi)部的模板劑離子與某些金屬離子進行離子交換，對內(nèi)部骨架進行改性。YeWang等通過離子交換法，使用模板劑離子與釩離子進行交換，合成出V-MCM-41。T.A.Konovalova等應(yīng)用該方法合成出Ni-MCM-41。后嫁接法是通過孔道氧化硅表面的硅醇鍵與金屬氧化物、金屬醇鹽等發(fā)生反應(yīng)，金屬通過共價鍵被固定在MCM-41的骨架上。

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