球形硅酸镁高效吸附材料的可控制备及其吸附性能研究
随着我国经济的快速发展，工业化水平不断提高，环境污染问题逐渐暴露，不仅威胁生态环境、人体健康，也成为经济发展的制约因素。其中印染废水是最严重的环境问题之一。在众多印染废水的处理方法中，吸附法具有操作简便、效益高等优势，成为污水处理的优选方法。吸附法处理容量和效率与吸附材料的种类、孔结构等密切相关。因此，设计和构筑新型高效、绿色多孔吸附材料具有重要科学意义和实际应用价值。 本论文以可控制备高效硅酸镁空心球吸附材料及寻找适宜成型方案为目标，通过牺牲模板法，调控原料投料比，添加形貌控制剂与改性剂，制备出系列具有高比表面积的改性硅酸镁空心球高效吸附材料;进一步通过浸没沉淀相转化法实现膜成型，构建新型多孔吸附膜材料;以刚果红染料为探针，系统研究多孔硅酸镁吸附材料孔结构、球壳厚度、表面性质、膜成型等对刚果红吸附性能的影响规律，揭示其多孔硅酸镁结构与吸附性能之间的构效关系。 本文主要研究内容、创新点与成果如下: (1)基于原位相转化原理，发展微球形SiO2牺牲模板法，调控Mg/Si投料比，制备了系列不同壳厚度的硅酸镁空心球吸附材料。随着Mg/Si投料比增大，空心球的粒径尺寸从509nm增大到819nm，球壳厚度从71nm增大到212nm，比表面积从547m2·g-1减少到448m2·g-1。硅酸镁空心球对刚果红的吸附能力随壳厚度降低(比表面积增大)而增大，最大吸附容量为1411.4mg·g-1。 (2)发展了CTAC表面改性方法，调控CTAC/Mg投料比，可控制备出系列功能化硅酸镁空心球，其表面带正电荷。随着CTAC/Mg投料比增大，空心球的粒径尺寸从538nm逐渐增大到856nm，球壳厚度从101nm增大到323nm，比表面积先增大至139m2·g-1然后减小。功能化硅酸镁空心球在比表面积最大时，对刚果红吸附性能最强，吸附容量达2283.1mg·g-1，远超过未改性的硅酸镁空心球。 (3)发展了浸没沉淀相转化法，以PVDF为膜材料，制备了系列不同硅酸镁含量的杂化膜。杂化膜对刚果红的吸附能力随硅酸镁掺杂量增大而增强，PM杂化膜最大吸附容量为139.1mg·g-1，PCM杂化膜最大吸附容量为300.3mg·g-1。MSHS样品的掺杂量越大，PM杂化膜亲水性越差，吸附平衡时间长达60h;CM样品的掺杂量越大，PCM杂化膜亲水性越强，吸附平衡时间为13h，其季铵基团C-N+组分，对吸附刚果红发挥了重要促进作用。
硅酸镁;空心结构;杂化膜;孔结构;吸附材料
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
冯拥军
2021
中文
TQ424.25
2021-09-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）