硅藻土原位负载网状纳米结构硅酸镁及其对Cr(Ⅵ)吸附性能

采用MgCl_2·6H_2O作为镁源,NH_3·H_2O作为沉淀剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂,以水热法在硅藻土表面原位生长纳米花状Mg(OH)_2,随反应时间增加,转变成单斜晶系网状结构Mg_3Si_4O_(10)(OH)_2纳米花。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附测试、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对样品进行了表征,结果显示:反应时间为0.5～2.0 h时硅藻土表面以生长Mg(OH)_2为主,样品的比表面积为180 m^2·g^(-1);反应时间至3h时,硅藻土表面Mg(OH)_2转化成网状结构Mg_3Si_4O_(10)(OH)_2,样品比表面积增大到350 m^2·g^(-1),此复合结构对Cr(Ⅵ)最大吸附量可达570 mg·g^(-1)。

巯基/羧基修饰硅藻土及其对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附性能

以3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、柠檬酸(CA)为原料,采用水浴法、水浴/低温水热法,分别制备了巯基(—SH)、氨基/羧基(—NH2/—COOH)表面修饰的硅藻土。采用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附测试、热重/差示扫描量热法、X射线光电子能谱等技术对样品进行了表征,并探讨分析了样品制备机理。当重金属离子溶液pH=7,吸附时间为4 h时,以MPTS制备的巯基修饰硅藻土吸附剂对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的最大吸附容量分别为396、365 mg·g^-1;以APTES、CA制备的氨基/羧基缩合修饰硅藻土吸附剂对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)最大吸附容量分别为485、462 mg·g^-1。

海泡石原位生长纳米结构Mg(OH)_2及MAP结晶法同步回收废水中的氮磷

采用水热法在海泡石纤维表面原位沉积纳米结构Mg(OH)_2(MSEP),以其为吸附剂同步回收废水中的氮磷;考察吸附剂投加量、溶液初始pH值、反应时间等对回收过程的影响;采用SEM、TEM、XRD、SEM-EDS、FTIR等手段对回收沉泥的理化特征进行表征。结果表明,当MSEP添加量为1. 0g/L、反应时间为40min、溶液初始pH值为7.5时,样品对氨氮、磷酸盐的平衡吸附量分别达62. 52、115. 68mg/g;MSEP对废水中氮磷的回收过程符合准二级动力学模型(R^2> 0.99);沉泥理化表征证明MSEP对废水中氮磷的主要回收机制为磷酸铵镁结晶法。

氨基功能化硅藻土复合纳米材料的制备及其对Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附性能

分别以3-氨基丙基三乙氧基硅烷、二乙烯三胺为NH2源,乙醇为溶剂,采用水浴法在硅藻土藻盘上液相接枝NH2官能团制备复合材料样品;采用FTIR、SEM、TGA-DSC、XPS等方法对复合材料进行表征,并研究样品对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附规律。结果表明:二乙烯三胺改性后的样品对Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)最大吸附容量分别为184.69、109.65 mg/g;对初始浓度为20 mg/L的含Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的废水去除率达到95%以上;样品对Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的等温吸附曲线更符合Langmuir模型。

硅藻土功能化及其应用

硅藻土是一种天然无机非金属矿物材料,具有独特的多级孔道结构,已在部分化工、建材领域获得实际应用。但硅藻土本征比表面积较小(18~28 m^2/g),导致其应用受限。通过对硅藻土进行功能化改性,可以赋予硅藻土材料特定的理化性质,进而改善其环境治理效果,同时使其有望应用于能源及生物工程等领域。因此,对硅藻土进行功能化改性处理已成为目前人们研究的热点。近年来,硅藻土功能化的研究主要集中于非共价修饰硅藻土、共价修饰硅藻土和对硅藻土的化学转化三方面。非共价修饰硅藻土多为纳米金属氧化物、金属含氧酸盐等修饰硅藻土,合成的硅藻土复合材料主要应用于环境治理和能源领域。共价修饰硅藻土主要是基于硅藻土内硅氧四面体和表面数量众多的硅羟基通过Si-O共价键连接表面功能单体。而功能单体又分为硅酸盐和硅烷偶联剂两种。其中,硅烷偶联剂一端接枝于硅藻土表面硅羟基,另一端可继续接枝其他有机官能团,极大地丰富了硅藻土复合材料表面官能团的种类,使其具有更加优异的性能。共价修饰硅藻土在能源、传感器、环境治理领域均有应用。硅藻土的化学转化则以硅藻土为硅源,将其转化为具有硅藻土三维结构的单质Si,应用于能源、生物工程领域。硅藻土功能化是实现硅藻土在新兴领域应用的关键,基于硅藻土功能化修饰的研究在提高硅藻土应用水平的同时,可以促进新兴领域的发展。本文归纳了近年来国内外硅藻土功能化的研究进展,详细介绍了三种功能化方法,并分析了相应功能化硅藻土在不同领域的应用情况,以期为硅藻土功能化方法的研究及新应用领域的拓展提供参考。

高效复合空气净化材料的制备

以木纤维和矿物纤维为原料,采用液态沉积工艺制备了复合空气净化材料,木纤维和纳米Mg(OH)2改性的矿物纤维质量比=5∶1;该复合材料在0.3μm油性气溶胶和盐性气溶胶中任意流速下过滤效率均达到了96%以上;在不同程度的空气污染环境中对PM2.5细颗粒物的过滤效率均高于95%。在PM2.5值为70～150μg/m3范围内,PM2.5值的变化对其去除率影响不大。复合材料比纯木纤维具有更优异的空气净化能力。

硅藻土基纳米结构AlOOH-MnO2复合氧化物沉积制备及其对As（Ⅴ）吸附性能

以结晶氯化铝为铝源、尿素为沉淀剂、高锰酸钾为锰源、过硫酸铵为氧化剂、十二烷基苯磺酸钠为模板剂,采用水热法在硅藻土藻盘上沉积制备纳米花片状AlOOH-MnO2复合氧化剂。采用SEM、TEM、XRD、BET、XPS等方法对样品进行表征,并研究样品对As(Ⅴ)的吸附规律。结果表明:样品比表面积为95m2/g时,对As(Ⅴ)的最大吸附容量为90mg/g,对初始质量浓度为10mg/L的含As(Ⅴ)废水去除率能够达到98%;样品对As(Ⅴ)的吸附等温模型更符合Langmuir等温式。

硅藻土原位制备纳米结构MgFe_2O_4及Cr(Ⅵ)吸附性能研究

以MgCl_2·6H_2O为镁源,Fe C_2O_4为铁源,NH_3·H_2O为沉淀剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,通过低温水热法,在硅藻土藻盘表面原位制备花片状纳米结构Mg Fe_2O_4;采用XRD、SEM、TEM、BET、XPS、ZPC等对样品进行了表征。所制备纳米结构Mg Fe_2O_4呈多晶态,比表面积为335 m^2/g。研究了Mg Fe_2O_4/硅藻土样品对Cr(Ⅵ)吸附与价态转化行为,其中样品在无光(黑暗)下对Cr(Ⅵ)的饱和吸附容量为543 mg/g,在可见光及紫外光等光照下,对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量分别为556 mg/g、570 mg/g。样品具有一定的光响应能力。