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本论文对中孔材料(HMS和SBA-15)及对其表面胺基官能化修饰后的材料吸附水体中可溶性腐殖质(以下简称腐殖质)的过程进行了较系统的研究,通过XRD、TEM、FT-IR、EA、XPS和N2物理吸附等一系列的表征手段研究了吸附前后材料的结构特性,结合不同吸附方程的拟合结果,探讨不同材料对腐殖质吸附的机理,分析影响其吸附的因素。研究结果表明:
HMS与SBA-15均能吸附水体中的腐殖质,用Langmuir拟合所得其平衡吸附量分别为238 mg/g和18 mg/g,HMS的吸附效果要优于SBA-15,证实当两者均为纯硅基材料时,孔道的性能对于吸附性能起着决定性的作用。而嫁接了胺基官能团后其吸附量均有明显提高,且由于APTMS-SBA-15(g)表面胺基的量远大于APTMS-HMS,因此其吸附效果明显优于APTMS-HMS,表明官能化修饰后,与材料孔道性能的影响相比较,表面胺基的量对于吸附有着更重要的意义。
通过嫁接法和共聚法都能成功地对中孔材料进行胺基官能化修饰,且修饰后的材料基本维持了材料原来的结构特性,这两种方法所得修饰后的材料对腐殖质的吸附表现出不同的吸附模式。嫁接法所得APTMS-SBA-15(g),胺基官能团并非全部进入孔道内,有一部分可能接枝在外表面或孔口,这种方法所得表面胺基修饰的材料对腐殖质的吸附在低浓度下表现出单层吸附模式,当浓度升高时,孔内的胺基活性位被全部占据,则腐殖质继续在外表面及孔口处被吸附,表现出随着腐殖质平衡浓度的增加,吸附量持续上升。而共聚法所得APTMS-SBA-15(co),则使得所有胺基官能团都进入了孔道内表面,其对腐殖质的吸附表现出单层吸附,且腐殖质的浓度增至一定程度后,其表面上的胺基官能团基本全部被占据,吸附量不再明显增大。
胺基官能化的中孔材料的吸附受pH的影响强烈,吸附量随着pH的降低而升高,其原因是胺基在酸性条件下会发生质子化,由于腐殖质主要是羧基、酚羟基类基团,因此质子化后的中孔材料吸附腐殖质的性能得到提高。
腐殖质在中孔吸附剂上的吸附动力学过程符合拟二级动力学方程,吸附速度的控制过程是粒内扩散,而吸附剂周围液相边界层向其表面的扩散过程亦不可忽略。