气凝胶材料在线
原文链接
研究内容
图2.(a) CGMA的数码照片。（b, c）CGMA的SEM图像。(d, e) CGMA的EDS图，(f, g) CGMA的孔径分布图。
通过XPS和FTIR得出氨基（- NH2, =N-）和含氧官能团（-COO-, -OH）为主要吸附位点，吸附主要通过螯合、静电相互作用和氢键发生。在吸附Cu（II）和Pb（II）过程中，三聚氰胺通过静电吸引和氨基的螯合作用成为Cu（II）的主要吸附位点。铅离子的电子结构为[𝑋𝑒]4𝑓145𝑑106𝑠26𝑝0。铅离子最外层的电子层有一个空的6p轨道，因为它失去了两个6p电子形成了Pb（II）。Pb（II）通常的配位数为6可以形成铅离子配合物，其中一些位置可以通过胺基和氧原子提供的电子对进行配位。上述分析表明三聚氰胺对吸附性能有重要贡献。
图4.CGMA吸附后铅离子和铜离子后孔径分布，CGMA吸附后铅离子和铜离子后FTIR光谱，(d-l) CGMA吸附后铅离子和铜离子后的XPS光谱。
DFT计算看出，CGMA中的许多N和O原子带负电荷。它们可以通过静电吸引、配位键形成、电荷转移和活性位点的作用显著促进金属阳离子的吸附。吸附后能量发生变化，表明吸附过程破坏了原有结构，分子静电势在吸附后发生变化，吸附位点由负电荷转变为正电荷，电子从基体转移到金属离子后，基体的负电荷减少。这一现象证实了铅离子和铜离子在CGMA上的成功吸附。
CGMA对Pb(II)和Cu(II)的吸附主要通过两种不同类型的相互作用机制：首先，胺基、羧基、羟基等基团可以通过孤电子对与Pb(II)和Cu(II)形成配位键，通过螯合作用实现吸附。其次，物理相互作用在吸附中也起着至关重要的作用，包括氢键的形成、静电吸引和范德华力，这些相互作用共同促进了吸附能力的提高。此外，CGMA的高孔隙率和连通的孔结构促进了铅离子和铜离子的快速扩散，实现了快速吸附。
图6.CGMA对Pb(II)和Cu(II)吸附机理示意图。
生命周期分析分析表明，GPTMS对环境的影响最为显著，这与 GPTMS 的生产过程有关，该过程需要使用大量的异丙醇和三甲氧基硅烷等物质。必须在制备过程中回收酒精以尽量减少其对环境的影响。未来，应选择更加生态友好的交联剂可以提高气凝胶的吸附能力，减少其对环境的影响。此外，增强对其他金属离子选择性吸附的方法还有待进一步探索。未来应进一步研究其对工业废水中重金属离子的去除效率。
图7.制备 1kg CGMA的制备对环境影响的相对贡献。
南京工业大学材料科学与工程学院崔升教授为本工作的通讯作者，课题组博士生袁满为论文第一作者。
气凝胶材料在线
点击“阅读原文”
