改性介孔硅對重金屬離子的吸附及影響

陳　志

改性介孔硅對重金屬離子的吸附及影響

陳志

（合肥工業大學，安徽合肥 230009）

近年來，隨著我國經濟的飛速發展，我國對水質要求逐漸提高，對水中重金屬離子的去除更加重視。傳統的吸附劑由于吸附能力有限，尋找新型的高效吸附劑已成為新型吸附材料領域的研究熱點。多級孔二氧化硅材料具有不同等級尺度的孔道結構、較高的比表面積和孔體積等優點，但其對水中重金屬離子的吸附效果并不明顯，所以使用硅烷試劑對其改性，提高其對水中重金屬離子的吸附能力，探討一種利用改性介孔硅吸附劑處理廢水中重金屬離子的經濟高效的方法。

介孔二氧化硅；氨基改性；重金屬離子；吸附

近年來，伴隨著我國經濟的飛速增長，工業也隨之迅速發展，工業廢水排放的種類和數量迅猛增加，城市化工污染加劇，而農用化學物質在種類、數量上也有所增加。而水體中的化學污染物質的來源，主要取決于人類的活動。工業廢水是在人類生活及生產活動產生的三大廢水中造成水體污染的最主要污染源［1］。重金屬元素大量積累后具有較大的生物毒性，并可通過食物鏈對人體健康帶來威脅。而如今水體的污染日趨廣泛，嚴重的威脅人類的健康和安全。因此，從保護生態環境的角度來說，工業廢水的處理是所有污水處理中最為重要的。

1　吸附實驗

APTES（3-氨基丙基三乙氧基硅烷）改性介孔硅對重金屬溶液的吸附量，與吸附時間有關系。探究吸附時間為10min、30min、1h、2h、4h、6h、8h、24h、48h，初始濃度0.4mg/L重金屬溶液10mL，APTES改性介孔硅25mg，設定溫度25℃進行實驗，將盛著混合溶液的錐形瓶放入恒溫振蕩器中震蕩（本實驗設定溫度為25℃），記錄所放入的時間，根據實驗要求的時間取樣。取樣時，將樣液過濾后取上清液，再測量其中的鉛離子濃度，最后通過所得數據計算其吸附量。

本實驗鉛離子的水溶液與改性介孔硅反應后濃度由ICPAES進行分析。

2　結果與討論

圖1　吸附時間對改性介孔硅的吸附性能的影響

從圖1分析可得，吸附時間對APTES（3-氨基丙基三乙氧基硅烷）改性介孔硅吸附重金屬離子有一定影響。吸附初始階段，吸附量持續增長，當吸附時間為10min時，改性介孔硅對鉛離子的吸附量0.158 1mg/g，隨著吸附時間的增加，吸附能力逐漸增加，重金屬離子去除量持續增加，鉛離子吸附量由0.158 1mg/g穩定上升到0.159 8mg/g。從1h到10h這階段，吸附劑的吸附速率較穩定，吸附量幾乎穩定在0.159 8mg/g，吸附時間為6h時，APTES改性介孔硅對鉛離子溶液的吸附量達到最大吸附值，吸附量為0.159 8mg/g。從10min到6h這階段，改性介孔硅吸附量變大，吸附劑對重金屬離子的的去除量迅速增加，吸附容量變大，吸附效率高。APTES改性介孔硅具有多孔級狀結構，當與重金屬溶液混合，有利于重金屬離子與其穿梭吸附，迅速發生離子交換和螯合反應，能高效率地吸附重金屬離子。隨著反應時間的增加，吸附量不變，吸附劑在溶液中達到吸附平衡狀態，可以看出吸附能力保持穩定，重金屬離子吸附去除率恒定。

3　結束語

吸附時間對APTES改性介孔硅對重金屬溶液的吸附量有一定影響。本實驗APTES（3-氨基丙基三乙氧基硅烷）改性介孔硅對重金屬離子的吸附效果并不突出，尋找經濟、高效的方法改性介孔硅，高效率去除廢水中重金屬離子是如今研究的熱點。而且實驗所選重金屬離子吸附效果差別不大，故應在選擇處理方法時，根據要處理的不同重金屬離子，選擇合適的改性劑對介孔硅改性，以此官能團對介孔硅進行修飾，以提高改性介孔硅處理重金屬離子選擇性和靈敏度。此外由于重金屬比較昂貴，如何實現廢水處理過程中對重金屬的回收和利用也是研究人員需要考慮的問題。

［1］ 毛根年，許牡丹，黃建文.環境中有毒有害物質與分析檢測［J］.化學工業出版社.2004，（1）.

［2］ 張財華，李桂娟，王家海.功能化單孔和多孔材料在重金屬離子檢測中的應用進展［J］.分析化學評述與進展，2014，42.

［3］ 張自杰，林榮忱.排水工程（下冊）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2000.

［4］ 廖興盛，龐婭，湯琳，等.選擇性吸附水體重金屬污染物的研究進展［J］.工業水處理，2013，33（10）.

［5］ 張萌.胺基改性介孔二氧化硅的制備及其對水體中重金屬離子的吸附［D］.西北農林科技大學，2013，（5）.

［6］ 黃進.多功能介孔硅基吸附劑的制備及其對重金屬廢水的處理研究［D］.上海師范大學，2013，（4）.

［7］ 趙睿新.環境污染化學［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［8］ Qi Zou，Lei Zou，and He Tian.Detection and adsorption of Hg2+by new mesoporous silica and membrane material.Journal of Materials Chemistry，2011，（21）.

Modified mesoporous silica adsorption and its influence on heavy metal ions

Chen Zhi

In recent years，with the rapid development of China's economy，China's water quality requirements gradually increases，the removal of heavy metal ions in water more attention.Traditional adsorbents due to adsorption capacity is limited，look for new efficient adsorbent has become a new field of adsorption material of research.Multilevel pore structure of mesoporous silica materials having different levels of scale，high specific surface area and pore volume，etc.，but its effect on the adsorption of heavy metal ions in water is not obvious，so their modified silane reagent to improve its adsorption capacity of heavy metal ions in water，explore a modified mesoporous silica adsorbents use treated wastewater in a cost-effective method of heavy metal ions.

mesoporous silica；amino-modified；heavy metal ion；adsorption

X703

A

1003-6490（2016）06-0122-01

2016-06-01

陳志（1989—），男，安徽太湖人，研究生在讀，主要研究方向為環境工程。