嵌段中孔材料SBA15（SH）的制備及應用

摘要：采用共表面活性劑法和嫁接法合成了孔道結構高度有序、粒徑均勻且孔徑較大的嵌段中孔材料SBA15（SH），通過N2吸附脫附實驗測得材料的孔徑為7.8 nm，比表面積為629 m2/g，孔容為1.32 cm3/g，核磁共振與紅外光譜結果顯示巰基的覆蓋率達65%。探討了嵌段中孔材料SBA15（SH）動態吸附重金屬離子的原理和最佳條件。在pH=7.5，常溫下，Hg2+， Cd2+， Pb2+， Ag+， Cr3+， Cr6+， Cu2+， Mn2+和Zn2+可被該材料定量吸附，動態吸附容量分別為17.1， 18.7， 22.6， 12.7， 9.7， 10.8， 10.8， 19.2和15.5 mg/g，吸附的重金屬離子可用6 mol/L HCl2 g/L硫脲洗脫，采用原子熒光和原子吸收法測定過柱前后溶液及洗脫液中重金屬離子的含量，加標回收實驗顯示回收率在89.2%～109.6%之間。本方法用于環境水樣的處理和測定，結果滿意。

關鍵詞：嵌段中孔材料SBA15（SH）； 重金屬離子

1引言

近年來，中孔分子篩在合成和應用方面的研究備受關注[1～5]。中孔材料具有較大的表面積和分布均勻的孔徑，可以通過改變反應條件，控制孔徑大小和嫁接特殊基團得到所需要的模板分子。許多改性后的中孔材料，已經在交叉學科及邊沿學科，如催化、藥物釋放、分離、納米電極、吸附等領域得到應用[6～10]。

趙東元[11]和Thielemann [12]等分別采用兩性三嵌段共聚物為模版劑合成新型中孔硅材料SBA15，孔徑在20～30 nm之間可調，具有很高的機械性能和熱穩定性； 周潔等[13]將SBA15用作分離維生素E的固定相； Mercier等[14]合成的中孔材料能有效除去廢水中的Hg2+。文獻[15～17]通過溶膠凝膠法合成了含巰基的中孔材料，具有吸附重金屬的性能，但巰基含量多較低，導致吸附重金屬離子的能力有限。由于合成的這些中孔材料未經過熱處理，在環境溫度較高時，這些功能化的基團大多容易變性，使材料失去活性。本研究利用共表面活性劑法合成了高度有序、大孔徑且粒徑均勻的中孔材料SBA15顆粒，將所得中孔材料SBA15進行焙燒除去模版劑，使得中孔材料SBA15表面在動力學上更易于功能化，再利用定向嫁接法將巰基嫁接到材料的內表面，合成嵌段中孔材料SBA15（SH）。本方法合成的中孔材料巰基的覆蓋率明顯高于其它合成方法。合成的中孔材料SBA15（SH）的吸附重金屬離子的容量大，且具有熱穩定性。本研究利用中孔材料SBA15（SH）作為動態吸附材料，分別用原子熒光和原子吸收儀對重金屬離子進行測定。結果表明，嵌段中孔材料SBA15（SH）對Hg2+， Cd2+， Pb2+， Ag+， Au3+， Mn2+， Cr3+， Cr6+和Cu2+等具有良好吸附性能。本研究為環境水樣中多種重金屬離子檢測提供了研究方法，同時為污水處理提供了一種新型材料。

2實驗部分

2.1儀器與試劑

核磁共振光譜儀（Bruker av400，瑞士）； H800型透射電鏡（日本日立公司）；X射線儀（美國伊達克斯有限公司）；ZEEnit700P原子吸收分光光度計、空心陰極燈（德國耶拿公司）；吉天原子熒光光度計AFS8230（北京吉天儀器公司）；852恒溫磁力攪拌器（江蘇環保儀器廠）；KQ100B型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；PHSJ5型酸度計（上海精科儀器廠）；傅立葉紅外光譜儀（FTIR，美國PE公司）。

表面活性劑P123聚乙氧基聚丙氧基聚乙氧基三嵌段共聚物（EO20PO70EO20）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、r巰丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯（TEOS），均為分析純（美國 Aldrich公司）。HCl， H2SO4等試劑為優級純，Hg， Cd， Pb， Ag， Au， Cr， Cu等標準溶液（國家環保總院標準樣品研究所）；實驗用水為二次蒸餾水。

2.2實驗方法