地聚物分子筛微球的制备及其对铜离子Cu(II)吸附机理

文摘   2024-09-29 16:02   广东  
随着电子、纺织和造纸等行业的快速发展,重金属离子和染料等有害物质大量的排放造成严重的水体污染,成为日益严峻的环境问题,对生态环境和人类健康构成威胁。吸附技术是处理污染水体的常见技术,沸石材料是常用的吸附材料,但天然沸石和合成沸石存在化学组成不稳定、设备要求高、成本高等不足,限制了其大规模使用。因此,寻找廉价低成本、来源广和高吸附性能的吸附剂成为研究的热点。

广西大学的崔学民团队近期制备了一种地聚物基分子筛微球,并将其用于含铜废水处理。该研究提出了一种在温和条件下将地聚物转化为分子筛的方法:采用偏高岭石(具有良好的塑性、化学稳定性和耐火性,成本较低)和氢氧化钠的原位转化,通过悬浮固化法制备了不同组成的地质聚合物基分子筛微球吸附剂(NaASOD)。通过改变n(H2O)/n(Na2O)摩尔比、固化时间和温度,调控地聚物原位转化为分子筛的效果。

1. 分子筛微球的合成与应用示意图。

2. (a)  (b) 在不同固化时间和固化温度下的NaASODXRD图谱。

NaA分子筛是一种具有立方晶体结构的分子筛,具有良好的选择性和吸附性能;SOD分子筛也是一种铝硅酸盐分子筛,具有特殊的三维孔道结构,能够有效筛分小分子物质。这两种微球材料因其独特的结构和性能,在工业和环境应用中非常重要。该研究探究了NaASOD分子筛微球对Cu(II)在不同进水流量、不同初始浓度和不同吸附剂用量的条件下对Cu(II)的动态吸附过程的影响:NaASODCu(II)的最大吸附容量分别为698.14523.84mg/g。在模拟的天然湖泊水溶液中,NaASODCu(II)的吸附容量分别为202.94154.97mg/g

通过XRDFT-IRSEM/EDSXPS等方法,探究了分子筛微球吸附Cu(II)的吸附机理,发现NaA溶液中Na(I)浓度与Cu(II)浓度之比约为1.83,接近理论值2,表明吸附Cu(II)的主要机制是与Na(I)之间的离子交换。此外,Cu(II)也可以与分子筛微球表面的·OH官能团结合形成络合物以去除。吸附后NaASOD分子筛微球还可应用于催化有机染料降解,主要是通过吸附和催化的协同作用,分子筛微球比表面积越大则可提供越多催化活性位点,因此催化降解性能更强。

3. (a)  (c) 在不同固化时间下NaASOD-动态过程的突破曲线。

(b)  (d) 在不同固化温度下NaASOD动态过程的突破曲线。

4. (a) MOMBCVCR的降解效率;(b) BET.(m = 0.05 g, V = 100 mL, C0 = 10 mg/L, V(H2O2) =0.2 mL, t = 24 h)

该研究实现了在常压低温下制备偏高岭土基地聚物分子筛微球,应用连续固定床处理含Cu(II)废水以回收和再利用铜。所探究的不同地聚物基分子筛的吸附性能和机理,为材料在连续固定床实际应用提供了重要的参考。

本研究由广西大学崔学民教授团队开展。论文的第一作者为李世勇。

作者:Shiyong Li , Qianyi Yang, Quan Ye , Xingfa Deng , Qiaoqiao Su (通讯作者), Xuemin Cui(通讯作者)

单位:广西大学化学与化工学院


论文信息:Performance of metakaolin-based geopolymer molecular sieve microspheres on dynamic recovery of Cu (II), Applied Clay Science, Volume 255, July 2024, 107423

文链接:

https://doi.org/10.1016/j.clay.2024.107423(点击文后“阅读原文”可至全文页面)


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