SH—MCM—48的制备与吸附水中重金属离子的研究

随着现代工业的迅猛发展，重金属离子对于水质、土壤等的污染也越来越严重。重金属离子在水体中积累到一定的限度就会对水体-水生植物-水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接地影响到人类的生产和生活，最典型的例证有：日本由于汞污染引发的“水俣病”和由镉污染造成的“骨痛病”。因此可以说，水体重金属污染已经成为当今世界最严重的环境问题之一。目前，常用来处理水中重金属离子的方法通常有电解法、化学沉淀法、离子交换法、植物修复法及吸附法等等。吸附法作为一种重要的处理水中重金属离子的方法，愈来愈受到人们的关注。

吸附法是除去水体中低浓度重金属离子的有效方法，目前常用的吸附剂仍主要是活性炭，但其吸附容量较低，无选择性并且再生困难。介孔材料作为一种新的有效吸附剂是科学研究的一个重要方向。为了提高其吸附能力，人们通常利用具有功能基团的化合物，如3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）或2-巯基噻唑啉等改性MCM-41或SBA-15的内表面，以期提供可以与金属离子形成配合物的官能团。最近，在研究中发现，在相同条件下，改性SBA-15对硼离子吸附性能是改性MCM-41的2倍，他们认为这是由于所制备的SBA-15具有更大的孔径（约7nm），可以为下一步的改性提供很大的空间。Feng等人利用特殊的硅烷类改性剂与介孔二氧化硅共价键合，形成的交联单分子层紧密堆积于介孔内表面，系统地改变功能基的数量，得到了表面覆盖率为10%～76%的FMMS。FMMS对汞和一些重金属如银、铅等有很强的亲合力，可以从水溶液选择性的去除这些重金属离子。用巯基表面覆盖率为10%～25%的FMMS处理后的水体，汞含量低于美国环保署（EPA）制定的有毒物质指标，甚至低于饮用水标准，银离子含量可降至检测限以下，去除铅离子也有类似效果。背景离子（如Na+，Ba2+，Zn2+）的存在对其无明显影响，且用浓盐酸再生后可循环使用。徐应明等[3]在MCM-41表面嫁接3-巯基丙基三甲氧基硅烷，它对水中的Hg2+、Pb2+具有优良的吸附能力。焦华利用修饰后的功能化MCM-41纳米介孔材料1，2，5，6研究了其对金属离子Fe（Ⅲ），Ni（Ⅱ），Cu（Ⅱ），Zn（Ⅱ），Cd（Ⅱ）的吸附，Cu与其他金属离子的二元溶液吸附研究表明，最佳分离系数达到150以上，最小也在数倍以上，可见这些吸附剂在一定程度上能作为Cu与其他金属的分离材料。

取一定浓度的金属离子溶液于锥形瓶中，再加入去离子水，然后加入0.05000 g SH-MCM-48介孔材料，25℃下恒温振荡吸附2h，离心分离后取上层清液检测，实验得到的吸附等温线如图1和图2所示。

图1 Pb2+和Cd2+的等温吸附曲线图

图2 Cu2+和Ni2+的等温吸附曲线图

由图1和图2可以看出，SH-MCM-48介孔分子筛对Pb2+，Cd2+，Cu2+和Ni2+的饱和吸附量分别为263.2 mg·g-1、133.3 mg·g-1、108.7 mg·g-1、62.50 mg·g-1。从中可以看出SH-MCM-48对Pb2+的吸附能力最强。

在恒温条件下，溶液中固体表面发生的吸附现象常用Langmuir方程来描述，Langmuir方程为：

（1-2）

注：为平衡浓度（mg·l-1）；b为常数；q为饱和吸附量（mg·g-1）。

按Langmuir等温吸附式進行拟合，拟合结果如图3和图4所示。

由图5和图6可看出，曲线所呈现的趋势基本相同，前5min平衡浓度变化很明显，以后曲线变得比较平坦，说明SH-MCM-48介孔分子筛对金属离子的吸附几乎都集中前面一段时间并且反应很迅速。

SH-MCM-48介孔分子筛对金属离子（Pb2+，Cd2+，Cu2+和Ni2+）有较强的吸附能力，在25℃时，饱和吸附量分别达到263.2 mg·g-1、133.3 mg·g-1、108.7 mg·g-1、62.50 mg·g-1，与文献报道的同类材料相比，其吸附效果更好。通过对Langmuir等温吸附方程和二级动力学方程的分析，均有比较好的线性关系。因此，SH-MCM-48介孔分子筛可用来处理水体重金属污染，尤其对Pb2+污染的处理效果明显。

参考文献：

X.Feng，G.E.Fryxell，L.Q.Wang，A.Y.Kim，J.Liu，K.M.Kemner.Functionalized Monola- yers on Ordered Mesoporous Supports[J].Science，1997，276（5314）：923-926.

徐应明，李军幸，戴小华.介孔分子筛表面功能膜的制备及对水中铅汞镉的去除作用[J].应用化学，2002，19（10）： 941-945.

焦华.MCM-41型介孔分子筛的表面修饰及其吸附性能研究[D].西北大学，2007，24（1）：44-52

作者简介：孙燕（1987.07-），女，汉族，浙江省宁波市人，浙江省宁波市东海舰队子女学校生化组，中教二级，大学本科，研究方向：主要从事中学化学教育教学。