离子印迹介孔材料制备及其吸附重金属的应用_田慧娟

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重金属离子的吸附

实验部分
1
介孔硅模板的合成
实验部分实验部分
2
介孔碳材料的合成
实验部分
3
对重金属离子的吸附
结论
1
主要研究结果
单纯用此材料的物理吸附性能来吸附重金属离子效果并不是很好，但是如果有化学络合如对铜离子的吸附，吸附率最高可达68.4%，可以对污水中铜离子进行吸附。
结论
2
未来研究展望
如此我们可以设想，如果往介孔材料中支载不同的吸附基团，对不同重金属离子进行选择性吸附，或许会有很好的效果。
重金属离子的吸附
选题背景
1
原有处理技术
处理重金属废水临界流体萃取法和吸附法等。其中吸附法在实际应用中效果最佳。
选题背景
2
介孔材料的选择
上世纪九十年代以来, 有序介孔材料由于其特殊的性能已经成为目前国际上跨学科的研究热点之一。由于它具有较大的比表面积，孔径极为均一、可调，并且可以支载不同基团等特点，我们试制备一种介孔碳材料并研究它对重金属离子的吸附能力。

功能化SBA-15介孔材料的制备及其吸附性能研究

功能化SBA-15介孔材料的制备及其吸附性能研究廖庆玲;NGUYEN Xuan Sang;侯静涛;陈跃;冯伟;何忠忠【摘要】硅基介孔材料因其特有的特性,被用于去除废水中重金属离子的吸附剂.为了提高对目标污染物的吸附容量,本文采用一步法和两步法制备了氨基或巯基功能化SBA-15介孔材料,利用傅里叶红外光谱仪、场发射扫描电镜、X射线衍射仪和氮气吸附脱附表征测试了材料的化学组成、微观形貌和物相结构.测试结果显示经功能化处理后的样品成功地接枝氨基或巯基功能基团.研究发现,经功能化处理后,材料的骨架结构及介孔孔道均未被破坏,但有序性下降且出现少许团聚,物性参数也有一定程度下降,功能化材料对Zn2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+的吸附率均有大幅度提高.经氨基或巯基功能化后,SBA-15介孔材料对水体中重金属离子的吸附率有很大提高,但一步法制备的功能化硅基介孔材料因模板剂去除不彻底而影响了对重金属离子的吸附效率,两步法制备的功能化硅基介孔材料对重金属离子的吸附效果更好,说明本文的功能化硅基介孔材料工艺是可行有效的,但两步法合成的功能化介孔材料具有更好的吸附效果.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2018(026)005【总页数】7页(P26-32)【关键词】氨基;巯基;功能化;介孔材料;重金属;吸附【作者】廖庆玲;NGUYEN Xuan Sang;侯静涛;陈跃;冯伟;何忠忠【作者单位】武汉理工大学资源与环境学院,武汉430071;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;武汉理工大学资源与环境学院,武汉430071;武汉理工大学资源与环境学院,武汉430071;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;湖北理工学院材料科学与工程学院,湖北黄石435003;大冶有色设计研究院有限公司,湖北黄石435005【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8SBA-15介孔材料不仅具有均一的孔径和可观的内表面积，而且其内表面还有比较丰富的硅轻基，使得硅基介孔材料可以作为功能分子的宿主进行表面修饰，这些结构和特点赋予了硅基介孔材料在吸附及先进功能材料和复合材料等方面具有广阔的应用前景[1-3].硅基介孔材料具有优良的传输性能,不易造成吸附分子移动的障碍,是一种很好地分离富集材料，广泛用于去除废水中重金属离子的吸附剂[4-5].为了提高对目标污染物的吸附容量,很多学者对介孔材料的制备方法进行了改进[6-8]，但采用不同工艺对介孔材料进行表面修饰后对金属离子吸附效果的影响却鲜有报道.本研究采用传统的共聚法[9](即一步法)和嫁接法[10](即两步法)合成氨基功能化硅基介孔材料和巯基功能化SBA-15介孔材料，考察合成的功能化硅基介孔材料对金属离子是否具有较高的负载能力，并比较两种合成工艺的优缺点以及对金属离子的吸附效果，以期为功能化硅基介孔材料应用于重金属离子废水领域提供一定的理论基础.1 实验1.1 实验原料和试剂浓盐酸，分析纯，河南信阳市化学试剂厂；正硅酸乙酯(TEOS)，分析纯，天津市福晨化学试剂公司；P123(EO20PO70EO20)，Ma=5 800，Sigma Aldrich公司；3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，分析纯，湖北省武大有机硅新材料股份有限公司；3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，分析纯，湖北省武大有机硅新材料股份有限公司；冰醋酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；蒸馏水，实验室自制.1.2 实验设备JJ-1型电动搅拌仪，常州国华电器有限公司；JB90-D型强力电动搅拌仪，上海标本模型总厂；JM-2003型电子天平，余姚铭记称重校验设备有限公司；HHS-12电热型恒温水浴锅，上海市东星建材实验设备公司； DZF-2001型真空干燥箱，上海市圣欣科学仪器有限责任公司.TAS-986型原子吸收光谱仪，北京市筲析通用公司.1.3 一步法制备功能化硅基介孔材料以P123为模板剂，TEOS为硅源，APTES(或MPTMS)为功能化硅烷偶联剂.首先称取4.03 g的P123并放入到500 mL的三口烧瓶中，再分别先后加入蒸馏水100 mL和浓盐酸20.80 mL，混合溶液在40 ℃恒温水浴中搅拌1 h直至混合物完全溶解，然后用微量移液管逐滴滴加TEOS溶液8.50 mL，继续搅拌1 h后加入0.86 mL APTES或0.86 mL MPTMS，继续搅拌20 h后将混合溶液倒入烧杯中，在室温下静止晶化2 d后再抽滤，滤饼用蒸馏水反复冲洗多次，直至滤液呈中性，然后，将滤饼在80 ℃下干燥后得到的白色原粉，记为P-S-N-1或P-S-S-1，最后利用萃取回流法除去模板剂，每1.5 g原粉加入200 mL乙醇溶液，不断搅拌使原粉均匀分散于乙醇溶液中，并在65 ℃加热搅拌下萃取冷凝回流6 h，得到的混合液常温下冷却并抽滤，滤饼先用乙醇溶液冲洗3～5次，然后，用蒸馏水反复冲洗后在100 ℃下干燥，得到功能化材料，记为S-N-1或S-S-1.1.4 两步法制备功能化硅基介孔材料以合成的SBA-15为母体材料，记为S-2，APTES(或MPTMS)为功能化硅烷偶联剂.将合成的S-2、乙醇和APTES或MPTMS按照1∶30∶3的质量比依次加入到三口烧瓶中，并不断搅拌，使S-2均匀分散于混合溶液中，并在65 ℃下加热搅拌冷凝回流6 h后于常温下冷却和抽滤，滤饼用乙醇溶液冲洗多次，然后再用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，滤饼在100 ℃下干燥后得到功能化材料，记为S-N-2或S-S-2.1.5 测试与表征利用日本Hitachi公司S-4800型场发射扫描电镜完成扫描电子显微镜(SEM)，其中加速电压为10 kV.低角度粉末X射线衍射分析仪型号为HZG41B-PC，釆用CuKα为辐射源(λ=0.154 18 nm)，扫描速度0.05°/s.利用日本电子株式会社JEM-2100F型透射电子显微镜(TEM)观测形貌，加速电压200 kV.样品的比表面积(SBET)和孔结构通过美国麦克公司ASAP2020型粉体氮吸附仪进行分析.在氮吸附前，测试样品先于180 ℃下脱气.样品的比表面积(SBET)釆用多点BET计算方法测定，其相对压力(P/P0)在0.05～0.3.孔体积(VP)采用相对压力P/P0=0.99时的氮气吸附体积来确定.采用BJH法和脱附等温线确定其孔径分布.通过日本岛津公司的IRAffinity-1 FTIR型光谱仪测试合成样品的傅里叶变换红外光谱(FTIR)，测试频率范围4 000～400 cm-1.1.6 重金属离子的吸附实验分别研究功能化S-2介孔材料对溶液中单一金属离子的吸附性能.选取Zn2+，Pb2+，Cr3+ ，Cu2+作为研究对象，用蒸馏水分别配制浓度为0.5 mmol/L的Zn(NO3)2、Pb(NO3)2 ﹑Cr(NO3)3及Cu(NO3)2溶液.为确保单一影响因素，进行pH的调节，调节pH到7.6.将上述含重金属离子的溶液各取6份，每份100 mL，然后,向每份溶液中分别加入吸附剂0.20 g并迅速搅拌计时，由于吸附初始阶段，吸附速度较快，时间取点相对比较密集，随着吸附的进行，时间取点间隔逐渐加大，选取的吸附时间分别为5，10，20，30，40，60，90，120，180和360 min，在每个吸附时间点取上层清液的滤液5 mL盛放于封口试剂瓶中.利用TAS-986原子火焰吸收光谱测定所收集滤液中残余金属离子的含量，以吸附时间为横轴，溶液中重金属离子的浓度为纵轴，绘制吸附剂对重金属离子的吸附曲线.重金属去除率(η，%) 和吸附容量( R，μg/g) 的计算公式分别为式中：C0为被吸附前溶液中重金属离子的浓度， mmol/L；Ct为被吸附后溶液中重金属离子的浓度,mmol/L；m为投入介孔吸附材料的质量, g；V为重金属离子溶液的体积, mL；M为被吸附重金属离子的摩尔质量,g/mol.2 结果与讨论2.1 化学结构分析S-2的红外光谱所具有的特征吸收光谱主要由以下7个吸收峰组成(图1)，分别是451～471cm-1处由Si—O—Si键的弯曲振动引起的吸收峰， 805 cm-1附近由Si—O—Si键的对称伸缩振动引起的吸收峰，965 cm-1附近由Si—OH的对称伸缩振动引起的吸收峰是介孔分子筛的特征吸收峰，1 080 cm-1附近由介孔分子筛骨架Si—O—Si键非对称伸缩振动引起的吸收峰，3 420和1 630 cm-1附近由缔合状态的羟基振动引起的吸收峰[11].氨基功能化的所有样品均相对于未功能化样品出现了一些新的吸收峰.在2 830～1 930 cm-1附近出现两个明显的新的特征峰，这对应于C—H的反对称和对称伸缩振动；在1 490 cm-1附近可以看到另一个特征峰，这对应于伯胺(NH2)的面内伸缩振动吸收特征峰；在690 cm-1附近的特征峰对应于伯胺(NH2)的面外伸缩振动吸收特征峰；C—N的伸缩振动峰应出现在1 020 ～1 340 cm-1附近，与C—C 的伸缩振动吸收峰可能一起和介孔分子筛骨架Si—O—Si键非对称伸缩振动吸收峰重叠[12]；巯基功能化的所有样品也均出现了一些新的吸收峰，在2 830～1 930 cm-1附近出现两个明显的新的特征峰，这对应于C—H的反对称和对称伸缩振动[13]；在2 560 cm-1附近可以看到另一个特征峰，这对应于巯基的伸缩振动峰，在695 cm-1附近处的吸收峰对应于S—CH2的伸缩振动峰[14].由上述谱图信息分析结果可推断出氨基和巯基功能团已分别成功嫁接于S-2介孔材料的表面上.图1 样品M-2和S-2功能化前后的红外光谱图Fig.1 FT-IR spectras for M-2 and S-2 before and after functionalized一步法合成的功能化样品的吸收峰更加丰富，且在2 830～1 930 cm-1附近出现的两个特征吸收峰相对更明显，这可能是一步法合成的样品没经过高温煅烧导致模板剂没有去除完全造成的，可能会导致材料的孔隙率降低，对重金属离子的吸附有一定的影响；两步法合成样品的红外图谱在3 420和1 630 cm-1附近的吸收峰稍微增强，说明合成样品中的硅羟基浓度有所增加，对重金属离子的吸附有一定的促进作用，进一步表明两步法处理过程对硅基介孔材料的功能化是有效的.2.2 晶体学物性参数分析图2为样品功能化前后的小角XRD测试谱图.由图2可以较清晰地看出：所有功能化后的S-2样品均出现了(100) 晶面的衍射峰，但衍射峰的强度也不同程度地减弱了，说明经过功能化后的S-2仍然具有介孔材料的晶体学特征，也说明介孔材料表面经氨基和巯基功能团接枝后并没有改变其孔道结构性质[15]；两步法功能化的样品和一步法氨基和巯基功能化后的样品在(100)晶面衍射峰强度比较一致，一步法制备得到的样品衍射峰强度最弱，可能是因为一步法模板剂去除不完全所致，与化学结构分析结果一致；功能化后所有样品在(110)、(200)和(210)晶面的衍射峰强度均出现了较大程度的减弱，可能是由于接枝有机功能团后，虽然介孔材料的孔道结构特征没有显著改变，但孔道组成成分变得更加丰富，从而导致其有序度有所下降；所有功能化后的S-2样品的衍射峰都有向高角度偏移的趋势，由布拉格方程可以推算得出：介孔材料功能化后的晶格常数变小，孔径也有一定程度的缩小.也说明介孔材料的内壁成功接枝了一定的有机功能团.2.3 形貌分析S-2功能化后样品的形貌如图3所示，可以看到：所有样品都不同程度地发生了一定的团聚现象，说明功能化样品表面的极性由于化学成分的改变而发生了改变；一步法功能化合成的样品表面同样出现了白色的颗粒状物质镶嵌在材料里，这是没有去除干净而残留在材料里的模板剂，与红外光谱的测试表征结果一致；两步法功能化合成样品的表面不再光滑而较粗糙，说明功能化硅基介孔材料接枝效果相对较好，功能化过程并未使母体材料的主体结构遭到破坏，功能团还成功地接枝到硅基介孔材料的表面，能有效地增强材料对水体中重金属离子的吸附能力[16].图 2 硅基介孔材料功能化前后的小角 XRD 谱图Fig.2 Low-angle X-ray diffraction of S-2 before and after functionalized图3 硅基介孔材料S-2功能化样品的SEM图Fig.3 SEM images for mesoporous silica samples of S-2 after functionalized2.4 比表面积和孔径分布分析SBA-15介孔材料样品的多孔结构以及BET比表面积等性质对重金属离子的吸附性能有一定的影响，所有制备样品的氮气吸附脱附实验曲线如图4所示.S-2功能化前后样品的氮气吸附脱附曲线也都呈Ⅳ型[17]，说明样品功能化后样品的孔道结构并没有被破坏，样品是介孔结构，这与前文的表征结果(图2)一致.各种功能化方法制备的样品的最可几孔径、比表面积及孔容等参数也有一定变化，具体结果见表1.图4 S-2功能化前后样品的氮气吸附脱附曲线Fig.4 Nitrogen adsorption-desorption isotherms of S-2 before and after functionalized表1 S-2功能化前后样品的物性参数Table 1 Physical properties of the samples of S-2 before and after functionalized样品最可几孔径/nm孔容/(cm3·g-1) 比表面积/(m2·g-1)S-24.300.8702838.2S-N-12.950.545 3545.5S-N-24.210.754 5746.4S-S-13.020.553 1550.7S-S-24.220.767 3757.6从表1可以看出：所有功能化后样品的物性参数都有一定程度下降；功能化方法不同，其样品的物性参数差异也相差比较大；一步法功能化样品S-N-1和S-S-1的物性参数比较接近，二步法功能化样品S-N-2和S-S-2的物性参数也比较接近；一步法功能化合成的样品的孔容和比表面积有明显下降，S-N-1分别下降37.34%和34.92%，S-S-1分别下降36.44%和34.30%，可能是由于模板剂除去不彻底而占据了部分的孔道空间，使得孔容和比表面积都相对显著降低；两步法功能化样品的物性参数也比功能化前有所下降，但下降没有一步法功能化明显，S-N-2分别下降13.30%和10.95%，S-S-2分别下降11.82%和9.62%，也说明功能化后孔道结构没有被破坏，只是一部分孔道空间被接枝的有机功能团占据，孔道内有机功能团的存在对重金属离子的吸附有一定的促进作用.2.5 水体中重金属离子的吸附实验根据对所合成材料的测试与表征， S-2材料功能化后仍为有序介孔材料，具有较高的比表面积、较窄的孔径分布及较大的孔容等特性，可作为理想的吸附材料处理废水中的重金属离子.图5显示S-2介孔材料对重金属离子良好的动力学吸附性能并未因功能化而发生改变.所有介孔材料的吸附机理基本符合多孔性吸附剂吸附溶液中物质所存在的3个必要步骤.在初始吸附阶段，吸附剂的吸附速率都相对较快，且随着吸附的进行，其吸附速度有所减小，在约180 min后，几乎都趋于吸附平衡.在吸附的初始阶段，重金属离子主要被介孔材料的外表面吸附，传质阻力比较小而传质推动力又相对比较大，所以吸附速率较快；伴随着吸附过程的进行，溶液中重金属离子的浓度会逐渐减小，由于重金属离子沿介孔材料的微孔逐渐向介孔材料的内部扩散，扩散阻力渐增，而吸附速率又主要受扩散控制，导致吸附速率越来越小；吸附进行到最后，吸附主要发生在介孔材料的内表面，且浓度推动力越来越小，吸附基本达到动态平衡.各材料的吸附率结果分析见表2.S-2功能化所有样品对4种重金属离子的吸附相关数据如表2所示，硅基介孔材料经功能化后对重金属离子的吸附率都有一定程度的增加，说明有机功能团的引入对重金属离子的吸附有促进作用，这可能与功能基团能与金属离子形成比较稳定的化合配位体有很大关系[18].功能化方法不同其吸附效果也不一样，所有一步法功能化样品对金属离子的吸附率均不如两步法功能化样品，模板剂去除不干净，占据了有效吸附孔道从而在一定程度上影响了吸附效果.针对Zn2+、Pb2+和Cr3+，氨基功能化效果比巯基功能化效果要好，而对于Cu2+，巯基功能化效果比氨基功能化效果好，这与功能基团对各种金属离子的螯合能力大小有很大关系.Zn2+、Pb2+、Cr3+和Cu2+的最高吸附率分别为91.43%、93.36%、69.47%和90.96%，吸附效果较好，说明功能化的硅基介孔材料在治理含重金属离子废水的应用中具有良好的潜在应用前景.图5 S-2介孔材料功能化前后对金属离子的吸附曲线Fig.5 Metal ion adsorption curve for the samples before and after functionalized表2 S-2功能化前后对重金属离子的吸附结果Table 2 Metal ion adsorption results for the S-2 before and after functionalized材料Zn2+Pb2+Cr3+Cu2+CtRηCtRηCtRηCtRηS-20.22713754.620.23913152.230.3507530.080.26311847.32S-N-10.14217971.540.08720782.700.23613252.750.24013052.05S-N-20.04322991.430.03323393.360.15317469.470.06521887.07S-S-10.15117469.780.09020582.050.24712750.620.18915662.25S-S-20.05722288.680.03623292.710.17916064.200.04522790.963 结论一步法、两步法功能化方法均能在一定程度上接枝功能团基团，且不破坏硅基介孔材料的介孔结构，但由于有机功能团的介入并占据了部分孔道空间，使孔道的有序性、孔容和比表面积等物性参数下降.经氨基或巯基功能化后的SBA-15介孔材料对水体中重金属离子的吸附率有很大提高，其中一步法由于模板剂去除不干净而导致吸附效果相对受影响，但功能化SBA-15介孔材料在治理重金属废水的领域仍具有潜在的应用前景.参考文献：【相关文献】[1] YOKOI Toshiyuki, KUBOTA Yoshihiro, TATSUMI Takashi. Amino-functionalized mesoporous silica as base catalyst and adsorbent[J]. Applied Catalysis A: 2012, 421-422: 14-37.DOI:j.apcata.2012.02.004[2] CHEN Xinqing, KOON Fung Lam, KING Lun Yeung. Selective removal of chromium from different aqueous systems using magnetic MCM-41 nanosorbents[J]. Chemical Engineering Journal, 2011, 172 (2-3): 728-734.DOI:10.1016/j.cej.2011.06.042[3] GRIGOROPOULOU G, STATHI P, KARAKASSIDES M A. Functionalized SiO2 with N-, S-containing ligands for Pb(II) and Cd(II) adsorption[J].Colloids and Surfaces A, 2008,320 (1-3): 25-35.DOI:10.1016/j.colsurfa.2008.01.007[4] SANGVANICH Thanapon, SUKWAROTWAT Vichaya, WIACEK Robert J,et al. Selective capture of cesium and thallium from natural waters and simulated wastes with copper ferrocyanide functionalized mesoporous silica[J]. Journal of Hazardous Materials, 2010,182(1-3): 225-231.DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.06.019[5] HAN Y J, STUCKY G D, BUTLER A. Mesoporous silicate sequestration and release of proteins[J]. 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Applied Catalysis B：Environmental, 2013,129: 342-350.DOI:10.1016/j.apcatb.2012.09.029[10] LAN Bingyan, HUANG Ruihuan, LI Laisheng,et al.Catalytic ozonation of p-chlorobenzoic acid in aqueous solution using Fe-MCM-41 as catalyst[J]. Chemical Engineering Journal, 2013, 219 (3): 346-354.DOI:10.1016/j.cej.2012.12.083[11] BELHADJ B,CAMESELLE C, AKRETCHE DE. Physico-chemical effects of ion-exchange fibers on electrokinetic transportation of metal ions[J]. Separation and Purification Technology, 2014, 135: 72-79.DOI:10.1016/j.seppur.2014.07.053[12] LAI Shiau Wu, LIN Hsiu Li, YU T Leon. Hydrogen release from ammonia borane embedded in mesoporous silica scaffolds: SBA-15 and MCM-41[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37 (19): 14393-1440.DOI:10.1016/j.ijhydene.2012.07.033[13] HAJIAGHABABAEI L，GHASEMI B，BADIEI A，et al. Aminobenzenesulfonamide functionalized SBA-15 nanoporous molecular sieve: as a new and promising adsorbent for preconcentration of lead and copper ions[J]. 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介孔碳的合成及吸附性能研究

介孔碳的合成及吸附性能研究田喜强;姬静怡;赵东江;赵宏吉;董艳萍【摘要】以SBA-15为模板,正丙胺为碳源,利用化学气相沉积将碳源引入SBA-15的孔道,采用纳米刻蚀路线合成介孔碳材料.通过X-射线衍射(XRD)、氮气吸附脱附和透射电镜(TEM)表征表明,介孔碳具有大的孔径和孔容.在初始质量浓度为200 mg/L的罗丹明B溶液中加入在不同碳化温度下制得的介孔碳1 mg/L,其中700℃下焙烧的介孔碳吸附180 min后,饱和吸附量为212 mg/g.通过离心可将吸附后的介孔碳与溶液分离.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2019(047)006【总页数】3页(P60-61,82)【关键词】介孔碳;吸附;离心分离【作者】田喜强;姬静怡;赵东江;赵宏吉;董艳萍【作者单位】绥化学院食品与制药工程学院, 黑龙江绥化 152061;绥化学院食品与制药工程学院, 黑龙江绥化 152061;绥化学院食品与制药工程学院, 黑龙江绥化152061;绥化学院食品与制药工程学院, 黑龙江绥化 152061;绥化学院食品与制药工程学院, 黑龙江绥化 152061【正文语种】中文【中图分类】O613.71随着我国纺织、印刷工业的快速发展，染料废水的排放量也日益增加[1-2]。

因此，染料废水的治理成为当前水处理领域研究的热点问题。

其中，罗丹明B是一种稳定的阳离子碱性染料，有致癌危险。

目前，去除水中罗丹明B的方法有吸附法、光降解法、生物降解法、电解法等[3-6]。

活性炭具有较大的比表面积和较强的吸附力，可吸附去除污水中的有机染料，成为染料废水深度处理的重要材料。

然而，活性炭材料孔径小于2 nm，相对大一些的染料分子或化合物并不能进入孔道中，即液相中的大分子有机物很难吸附到微孔中，大大降低了活性炭对染料废水的吸附能力，因而普通活性炭在转移液相大分子有机物方面的应用受到限制[7]。

介孔碳材料因具有发达的介孔孔道、高的比表面积等优异的结构性能，弥补了活性炭的不足，使其取代活性炭成为吸附有机染料的重要材料。

分子印迹光催化材料的制备及其选择性去除抗生素和重金属性能研究

分子印迹光催化材料的制备及其选择性去除抗生素和重金属性能研究分子印迹光催化材料的制备及其选择性去除抗生素和重金属性能研究摘要：分子印迹光催化材料是一种具有高度选择性和高效性的材料，其在环境治理和生命科学领域有着广泛的应用潜力。

本文将详细介绍分子印迹光催化材料的制备方法，并探讨其在选择性去除抗生素和重金属离子方面的研究进展。

1. 引言抗生素和重金属离子的大量排放对环境和人类健康造成了严重的影响。

传统的水处理方法通常无法有效去除这些污染物，因此寻找高效、低成本、可重复利用的新型材料具有重要意义。

分子印迹光催化材料正是近年来出现的一种具有潜在应用的材料。

2. 分子印迹光催化材料的制备方法分子印迹光催化材料的制备方法主要包括聚合、交联、除模以及表面修饰等步骤。

首先，选择合适的模板分子，如抗生素和重金属离子。

然后，在模板分子的存在下，将功能单体和交联剂通过聚合反应合成聚合物。

随后，通过除模步骤去除模板分子，形成模板空位。

最后，通过表面修饰方法对材料进行改性，增强其吸附性能和光催化活性。

3. 分子印迹光催化材料的选择性去除抗生素抗生素的滥用和排放导致了水体中抗生素的污染，给生态系统和人类健康带来了巨大威胁。

采用传统的水处理方法往往难以彻底去除抗生素。

分子印迹光催化材料的选择性吸附和降解性能使其成为一种有效的去除抗生素的方法。

通过适当选择功能单体和反应条件，可以增强材料对目标抗生素的吸附能力，并通过光催化降解达到彻底去除的目的。

4. 分子印迹光催化材料的选择性去除重金属离子重金属离子的存在对水体和土壤的污染问题引起了人们的广泛关注。

分子印迹光催化材料具有高度选择性和高吸附活性，可以实现对重金属离子的高效去除。

通过选择合适的功能单体和交联剂，可以制备出具有特定亲和性的分子印迹光催化材料，实现对目标重金属离子的高效吸附和去除。

5. 实验结果与讨论本研究中，我们以纳米级的二氧化钛作为催化材料，选择抗生素和重金属离子作为模板分子，成功合成出具有高选择性和高催化活性的分子印迹光催化材料。

改性介孔材料吸附废水中重金属离子研究进展

改性介孔材料吸附废水中重金属离子研究进展作者：雷振武来源：《读写算》2014年第03期【摘要】本文系统综述了近年来系列硅基介孔材料应用于吸附的国内外研究现状，重点讨论了改性介孔材料的特性、反应模型和制备方法。

【关键词】吸附重金属介孔材料改性1992年，来自美国mobile公司的化学家运用纳米结构自组装方法，第一次合成出了介孔材料SiO2（即MCM-41）。

介孔材料是纳米材料的一种，具有有机-无机六方相的液晶结构，很大的比表面积（一般为1400m2/g）、富含硅羟基从而易于修饰的内表面、均一规整的纳米尺度（2-50nm）的孔道，较高的水热稳定性和机械稳定性，非常适合吸附重金属离子，因此介孔材料一经诞生，就引起了废水处理领域里的科学家的广泛关注，认为它在吸附方面具有广阔的应用前景。

目前，利用介孔材料吸附废水中的重金属离子的吸附法有纯硅基的吸附法和母体-配体的吸附法两种。

纯硅基的吸附法是在待处理的废水中投放纯的介孔材料，利用它的大比表面积和大孔容，直接将重金属离子容纳到它自身的孔道里，显然，这是物理吸附法，吸附量较小，不具有吸附选择性，被吸附的重金属离子与吸附剂之间没有较强的结合力，故易于脱附。

而母体-配体的吸附首先要合成出改性的介孔材料，所谓改性，也即掺杂，就是根据特定的需要，在不造成介孔材料骨架和结构产生大的变动的条件下，将某种特定的有机官能团融入到介孔材料里面，形成复合材料。

这实质上是将纯的介孔材料和有机功能化硅烷偶联剂起反应，利用介孔材料表面的硅羟基与硅烷偶联剂起反应，形成配位键，从而将特定的基团嫁接在介孔材料的表面上。

负载在母体基质上的配体通常含有N、S等带有孤电子对的原子，而重金属离子一般具有空原子轨道，因此，它们发生螯合反应，形成的螯合物具有五个五元环，如同螃蟹一样用两只大钳紧紧夹住中间的重金属离子，所以，螯合物的稳定常数很大[1]，大大增强了改性介孔材料与重金属离子之间的络合力，增大了吸附容量，避免了脱附现象，提高了吸附效果。

介孔材料功能化及其吸附重金属离子的研究的开题报告

介孔材料功能化及其吸附重金属离子的研究的开题报告引言：重金属离子是目前环境中主要的污染物之一，由于其毒性大，对生物和环境产生极大危害。

因此，以介孔材料为吸附剂的重金属离子去除技术备受关注，吸附过程可通过表面化学反应而实现。

本文主要研究介孔材料的功能化及其在吸附重金属离子方面的应用。

首先，介绍介孔材料的基本性质及其应用，接着分析介孔材料功能化的方法和机理，最后研究介孔材料吸附重金属离子的特点和优缺点，并探讨其可行性和应用前景。

一、介孔材料的基本性质及其应用介孔材料是一种具有有序排列的纳米孔道结构的材料。

介孔材料具有较高的比表面积、良好的吸附性能和光学、电学、磁学等性质。

因此，介孔材料在催化、吸附、化学分离、药物控释等领域具有广泛的应用前景。

二、介孔材料功能化的方法和机理介孔材料功能化主要是通过在介孔材料表面引入不同的官能团，使其具有特定的性质和功能。

目前，介孔材料功能化的方法包括物理吸附、化学修饰、原位合成和后处理等。

物理吸附是介孔材料功能化中常用的方法之一。

其机理是通过静电吸附、疏水作用、氢键等作用，在介孔材料表面上吸附有机化合物或金属离子等物质，从而使其具有吸附、分离等特定的功能。

化学修饰则是在介孔材料表面通过化学反应引入官能团，改变其化学性质和表面结构，从而实现对不同物质的选择性吸附、催化等功能。

原位合成是指在介孔材料的孔道内部合成不同的物质，形成介孔材料中具有特定功能的纳米结构。

后处理方法则是在制备介孔材料的过程中，通过不同的处理方式改变其表面性质和孔道结构，从而使其具有特定的功能。

三、介孔材料吸附重金属离子的特点和优缺点介孔材料具有较高的比表面积和孔径大小，因此对重金属离子有较好的吸附能力。

同时，功能化的介孔材料的表面性质和孔道结构可以被调控，从而增强其吸附能力和选择性，能够实现重金属离子的高效去除。

但是，介孔材料吸附重金属离子的应用还存在一些问题。

如吸附容量有限、对于一些特定重金属离子的吸附效果不佳等，需要进一步探索其在实际污染物处理中的适用性和效率。

铅离子印迹聚合物的制备及特异吸附性能研究_苏现伐

min , 反复通氮气 10 mi n 以驱除空气 , 密封试管口 , 将试管垂直放入电热恒温水浴锅中 , 60 ℃恒温 24 h 完成聚合反应 , 制得坚硬的块状聚合物。将获得的块状聚合物用研钵磨碎 , 过筛 , 制成 0 . 096 ～0 . 180 mm 粒度的聚合物 , 然后用 2 m ol/ L H Cl 浸泡 2 h , 反复几次 , 直到检测不出铅离子存在 , 然后用去离子水洗至中性 , 用甲醇洗去聚合物上残留的有机物。 60 ℃真空干燥 24 h 。装入聚乙烯瓶中 , 在干器中保存备用。非离子印迹聚合物 ( NIIP) 的制备除不加 Pb ( NO3 ) 2 外 , 均按上述方法制备和处理。 1 . 3 静态平衡吸附实验准确称取多份 30 mg 的 IIP 于 10 mL 容器中 , 分别加入 5 m L pH 6 . 0( 用 N aAc-H Ac 缓冲溶液调节) 不同浓度( 10 ～ 300 μ g/ m L) Pb 标准溶液。在室温下静置吸附 24 h 后 , 移取一定体积的上层清夜 , 测定其中金属离子的量。根据吸附前后溶液中金属离子浓度的变化计算聚合物的吸附量。平行测定 3 次 , 取其平均值。同时平行作非离子印迹聚合物的吸附实验 , 用此方法研究了 IIP 在不同的 pH 条件下对 Pb2 + 的富集率。测定金属离子的方法及条件按文献[ 7] 中的分光光度法。
1 实验部分
1 . 1 主要仪器和试剂 722 型光栅分光光度计 ( 上海分析仪器厂 ) ; pH S3C 数字酸度计 ( 杭州东星仪器设备厂 ) , Perki n-Elmer 983 红外光谱仪( No rw alk , 美国) 。硝酸铅 ( 北京红星化工厂) ; 甲基丙烯酸 ( MAA , Acros 公司) , 使用前减压蒸馏除去阻聚剂 ; 乙二醇二甲基丙烯酸酯( EDMA , Acros 公司) , 使用

APTES改性介孔二氧化硅的制备及其对重金属离子的吸附

（Key Laboratory of Green Packaging and Application of Biological Nanotechnology of Hunan Province, Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007, China）
１．３ＡＰＴＥＳ改性介孔硅的表征
采用傅里叶变换红外光谱仪测定 APTES 改性介
孔硅的结构组成；采用低真空模式下扫描电子显微
镜配装 X 射线能量色散谱仪分析 APTES 改性介孔硅
的化学成分；采用透射电子显微镜观察 APTES 改性
介孔硅的超微结构变化。
１．４ＡＰＴＥＳ改性介孔硅对铅离子的吸附
（1）
式中：Qe 为吸附量；c0 为初始铅离子的浓度；ce 为吸
附平衡时的铅离子浓度；V 为溶液的体积；m 为吸附
剂复合粒子的质量。
２结果与讨论
２．１改性介孔硅的表征图 1 是红外光谱仪测定的介孔硅和 APTE 改性介
孔硅的红外吸收光谱。
图１介孔硅及ＡＰＴＥＳ改性介孔硅红外光谱图Ｆｉｇ．１ＦＩ－ＩＲｓｐｅｃｔｒａｏｆｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｓｉｌｉｃａａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎ
从图 1 中曲线 b 可知，在 2 900 cm－1 处出现了较宽的吸收峰，可归属于氨基硅烷的 N — H 伸缩振动特征吸收峰，而在 1 500～1 600 cm－1 范围内出现的几个小吸收峰则可分别归属于 C — H 弯曲振动、C — N 伸缩振动、N — H 变形振动、H — O 弯曲振动特征吸收峰。上述红外光谱结构表明：经过改性处理后，氨基硅烷被成功接枝到了介孔硅表面。